【正文】 出貢獻(xiàn)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來(lái)升高或降低。也就是說(shuō)控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì) 成與線性調(diào)節(jié)器相同。 開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)： 開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)與線性電源相比有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)功耗小，效率高。開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率是線性穩(wěn)壓電源的頻率的 1000 倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了 1000 倍。在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的時(shí)候，或者負(fù)載有較大的變化時(shí)，它仍然可以保證穩(wěn)定的輸出電壓，因此它的穩(wěn)壓范圍較寬、穩(wěn)壓效果比其他電源 好。 (5)電路形式較多。 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 7 圖 開關(guān)電源的基本構(gòu)成 變頻器的整流慮波電路和逆變電路，可分為晶閘管三相橋半控式整流和三相逆變電路、二極管單相橋式整流和三相逆變電路、晶閘管三相橋全控式整流和三相逆變電路、二極管三相橋式整流和三相逆變電路等 4 類。 輸入濾波器的作用： 第一，對(duì)將要進(jìn)入變頻器的電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行阻止。它的原理是利用微處理器的數(shù)字輸出控制模擬 電路。 PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，所以不論在給定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么為 0，要么完全存在。其工作原理如上圖 。通過適當(dāng)?shù)?LC 或 RC 網(wǎng)絡(luò)可以在接收端濾除調(diào)制高頻方波，并將信號(hào)還原為模擬形式。通過升壓降壓變換和整流平滑濾波，最后變?yōu)橹绷麟妷夯螂娏鳌Ｋ^單 端，指變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線的一側(cè)。從以上電路分析可以看出， S 導(dǎo)通時(shí)，次級(jí)繞 組無(wú)電流； S 截止時(shí)，次級(jí)繞組有電流，這就是 “ 反激 ” 的含義。在反激變換器中， 變壓器 起著 電感 和變壓器的雙重作用，由于變壓器 磁芯 處于直流偏磁狀態(tài)，為防磁飽和要加入氣隙，漏感較大。因此，反激變換器是對(duì)開關(guān)電源來(lái)說(shuō)非常重要 ,電力電 子技術(shù)研究人員對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。整個(gè)開關(guān)電源的性能會(huì)受到很大影響，比如輸出功率降低，損耗加大，使用壽命縮短，容易出現(xiàn)故障等等。因此，反激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度比較低，誤差信號(hào)放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較小，且成本也要降低。 開關(guān)電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會(huì)形成很大的浪涌電流，特別是大功率開關(guān)電源，采用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流急劇上升。功率主回路主要用來(lái)給用戶負(fù)載供電，開關(guān)電源中的輔助電源主要用于給控制電路、驅(qū)動(dòng)電路或電源系統(tǒng)的監(jiān)控電路供電。而如果是內(nèi)部輔助電源和 功率主電路輸出共地，那么一般不需要對(duì)電壓采樣信號(hào)隔離，這時(shí)只需對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離。主要用于大功率或中功率電源系統(tǒng)，比如在通訊電源、 ATX 電源中，需要電源正?；蚴⌒盘?hào)或電源遠(yuǎn)程控制的功能時(shí)，在功率主回路即使不工作時(shí)，輔助電源也要正常供電。 這種設(shè)計(jì)中，低頻變壓器的體積往往選的足夠大，以滿足各種安全規(guī)范中對(duì)絕緣和漏電特性的要求。通過集成穩(wěn)壓器 7815提供所需的電壓。本設(shè)計(jì)采用這種方法。如果主電路不工作，輔助電 路將關(guān)閉，輔助電源不供電，主變換器也隨之不工作。在啟動(dòng)階段，由直流輸入端經(jīng)過電阻分壓后加到 UC3844的供電端 (7端 )，給電容 C2充電，等到UC3844的 7腳電壓超過 16V 時(shí)，芯片起振， PWM 信號(hào)產(chǎn)生，變換器工作，輔助電源電壓開始建立。 UC3844 芯片介紹 UC3844是一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，由該集成電路構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源與一般的電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源相比具有外圍電路簡(jiǎn)單、具有過流限制、穩(wěn)定幅度大、頻響特性好、電壓調(diào)整率好、過壓保護(hù)和欠壓鎖定等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)工作電壓過大，大于 34V 的時(shí)候 ,負(fù)責(zé)穩(wěn)壓的穩(wěn)壓管開始穩(wěn)壓 ,使內(nèi)部電路在小于 34V 的電壓下工作 。這段時(shí)間的長(zhǎng)短由振蕩器輸出脈沖寬度決定。 計(jì)算公式為 : TT CRTf ?? () 課題來(lái)源及要求 課題來(lái)源 隨著變頻器技術(shù)的飛速發(fā)展， 變頻器 已經(jīng)在眾多領(lǐng)域，各行各業(yè)得到廣泛使用 ,是 當(dāng)今改善工藝流程 ,節(jié)省能源 ,改革 傳統(tǒng)工業(yè) ,提高產(chǎn)品 工作 質(zhì)量 ,提高生產(chǎn)自動(dòng)化 進(jìn)程 ,節(jié)省人力資源的 主要技術(shù)之一。異步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子側(cè)的電流由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，不需要從外部進(jìn)入，故而具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，剛剛發(fā)明就被人們廣泛使用并被不斷改進(jìn)，在工農(nóng)業(yè)中一直占有龍頭老大的地位。 本次課題是針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的變頻器內(nèi)部電源的使用需求提出的。 15V/200mA； 5V/1A）隔離輸出電源。此外，在高頻變壓器原邊設(shè)置了 RCD 緩沖電路用于抑制電壓尖峰。 PC817 改變了以往普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)的弱點(diǎn)。 圖 PC817 內(nèi)部框圖 TL431 TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基 準(zhǔn)電壓源。由圖可看出， VI 是內(nèi)部的 基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。 由于 TL431 的內(nèi)部含有 基準(zhǔn)電壓，在 REF 端引入輸出反饋時(shí)，器件可以由一個(gè)很寬范圍的分流來(lái)控制輸出電壓。 開關(guān)功率管的選擇 開關(guān)功率管可選用 MOS 功率管或雙極型功率管。這種功率管在工作時(shí)若 UCE 突然跌落，管子就在極短時(shí)間內(nèi)從高壓小電流變成低壓大電流狀態(tài)，所呈現(xiàn)的負(fù)阻想象稱作二次擊穿。100V ，那么 U Imax + e +Ul187。 變壓器設(shè)計(jì) 變壓器在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中占有很重要的部分，它嚴(yán)重影響著電源的效率、工作能力和輸出功能。 計(jì)算一次繞組參數(shù) 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)的要求，輸入功率約為 ，則原邊峰值電流為 : Ipk=2Po/(Vin(max)Dmax)= () 式中： Po 為輸出功率， ； Vin(max)為交流電壓的最大值 (經(jīng)過整流后得到的直流電壓的數(shù)值，取 700V； Dmax 為最大占空比，取 。 其中 Sj=CD， C 為舌寬； D 為磁心厚度， Pm單位為 W。 傳輸變壓器有效體積 v 的計(jì)算公式如下： 0 e m a x2m a xLILV B??? ? ?? () ILamx 最大負(fù)載電流 L：變壓器次級(jí)繞組的電感量 0? ：空氣的導(dǎo)磁率，其值為 15 e? ：所選磁芯的磁性材料的相對(duì)導(dǎo)磁率 Bmax：磁芯的最大磁通密度 相對(duì)導(dǎo) 磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過高。繞組兩端的有效值電壓為 20V 時(shí)，經(jīng)整流濾波后可獲得大約 16V 的直流電源，開始向 UC3844 供電。 Uo=15V 時(shí)， 匝）（）（ 4 ?? ???? () 實(shí)際取 4 匝。 另外，利用 AP 法選擇最小尺寸的磁芯 m a x610BKKj L pkLpAcAe ce ???? ???? () 式中： Lp 為變壓器初級(jí)電感量； Lpk 為原邊峰值電流； 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 23 j 為電流密度，這里取為 3； Ke 為鐵芯截面有 效系數(shù)，選鐵氧體鐵芯， Ke=； Kc 為鐵芯窗口的有效利用系數(shù)，取 ； △ Bmax 為磁通密度的最大變化量，取 據(jù)此可選 EER28 型磁芯 導(dǎo)線截面積為 Sx=Iin(max)/j=可選擇直徑為 1mm的漆包線。 減小漏電感主要靠生產(chǎn)和制造工藝的手法；耗散過電壓則 依靠和電感線圈并聯(lián)的RC 緩沖電路，或與開關(guān)并聯(lián)的 RC 緩沖電路。 緩沖的電容要滿足在開關(guān)管集電極電流降為 0 時(shí)，其集電極電壓不能超過 Vceo 的70% ，即 nFceoIC p ??? () 取 10nF/400V 式中： Ip 是原邊電流； Vceo 是晶體管的 Vceo 額定值 (500V)。 UC3844 的外部由驅(qū)動(dòng)電路和控制電路所包圍，用于對(duì)基于 UC3844 的電路進(jìn)行控制和驅(qū)動(dòng)。 為保證此電源能長(zhǎng)時(shí)間工作，電阻的額定功率應(yīng)留有一定余量，故選用 5w 的功率電阻。由于高頻變壓器存在漏感而形成的尖峰電壓，它對(duì)電路造成極大沖擊，因?yàn)楹苋菀讚p壞功率開關(guān)管。在 CCM 模式下原邊電感為變換器處于電感電流臨界連續(xù)時(shí)感值的 k 倍， 其表達(dá)式為 221 2in c sc oU D TLKP??? () 由流過電感的電流與加在其上的電壓關(guān)系可得電感電流變化量 1in c sp c vccU D TII L???? () 代入上式可得 2 opc vcin cPII kU D?? ? () 由 CCM 模式電流波形關(guān)系可得 22oop c v cc c oI N P NII D D U? ? ? () ? ?221ocp c v cin cPDII UD??? ? () 將上式聯(lián)立可得每個(gè)開關(guān)周期電感電流峰值和最小值 ? ?21 2 ( 1 )o oopci n c i n c i nPD PPkI U D k U D k U? ?? ? ??? () ? ?21 2 ( 1 )o oovci n c i n c i nPD PPkI U D k U D k U? ?? ? ??? () 電感電流的峰值和最小值與之比為 11p v c p c kk I I k???? () 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 24 每個(gè)開關(guān)周期電感電流有效值為 ? ? 22 311 16pcr m s c p c c p p I kI I D k k k ?? ? ? ? ? () 緩沖電路設(shè)計(jì) 在反激變換器的工作過程中，容易引起開關(guān)應(yīng)力變高，從而導(dǎo)致開關(guān)出現(xiàn)損耗的原因一般有兩個(gè) :一個(gè)是負(fù)載線連接不合理，第二個(gè)是當(dāng) MOSFET 功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，漏電感引起開關(guān)管集電極電壓驟然升高。 計(jì)算空氣氣隙 ? 為防止高頻變壓器發(fā)生磁飽和現(xiàn)象而損壞開關(guān)功率管，需要在 EER28型磁心的兩個(gè) 側(cè)面各留出一定的空氣氣隙 d 。 二次繞組 N3 回路中可以使用肖特基整流二極管， U≈ ， Uo=5V，故 ? ? ? ? 3 ?? ??? () 鑒于當(dāng)輸出電流 Io 達(dá)到 5A 時(shí)，在輸出電阻及繞組的銅阻上均會(huì)產(chǎn)生壓降，會(huì)果斷輸出電壓的跌落，因此應(yīng)適當(dāng)增加 N3 的匝數(shù)，以提升 UO 。 fAeB p k2 D m a xU I m inR211N ??? ???????? ?? () 我們查得數(shù)據(jù)可知，高頻變壓器 EER28 磁心有效面積 Ae = 此通報(bào)和密度 B= 帶入數(shù)據(jù)得到 211N 34 ?????? ???????? ?? () 確定自饋繞組 Ns 和二次繞組的匝數(shù) 一旦一次繞組確定之后，利用下式即可計(jì)算 N2， N3 的匝數(shù) ? ?? ?D m a xU I m in D m a x1Uf0U1NN ??? () 式中 oU —— 繞組 N2（或 N3）兩端的電壓； FU —— 輸出整流二極管的正向壓降。 設(shè)開關(guān)電源的效率 η =85%，則高頻變壓器的額定輸入功率 P1=Po/η =，設(shè)計(jì)高頻變壓器時(shí)留出一點(diǎn)余量，可取 Pm=50W。 計(jì) 算公式為 : f=1/T=RTCT/= () 這里取 f 為 60 kHz。在設(shè)計(jì)單端反激式變換電路的變壓器時(shí)，我們要注意到它也可以有電抗器的功能，所以要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì)。另外，考慮到 MOS 管的損耗分為開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，開關(guān)損耗與開關(guān)頻率有關(guān)，導(dǎo)通損耗與 MOS 管導(dǎo)通電阻 Rds 有關(guān)，因此在選擇開關(guān)管的時(shí)候，為了減少其導(dǎo)通損耗，通常選擇導(dǎo)通電阻小的 MOS 管。 本電路的開關(guān)功率管設(shè)計(jì)采用 MOS 管， MOS 管具有輸入阻抗高、高耐壓、通態(tài)電阻小、開關(guān)速度快、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種有廣大發(fā)展前途的新型 MOS 功率器件。應(yīng)有兩種載流子（電子與空穴）流過晶體管，故稱之為雙極型，這與僅利用一種載流子的場(chǎng)效應(yīng)管不同。 TL431 的分流增加，導(dǎo)致 Vo 逐漸下降，如圖 的電路： V 0R 4R 3R 1T L 4 3 1R 2 圖 TL431 的典型應(yīng)用 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 18 選擇不同的 R1 和 R2 的值可以調(diào)整從 到 36V 范圍