【正文】 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計 25 按 RC 時間常數(shù)為 toff(min)來計算電阻 R 值，即 R=(min)/C 102= kΩ 取 15 kΩ 電阻消耗功率為： 25 1 cCVP? () f= 式中： Vc 為整流后的直流電壓 350V； f 為工作頻率 60 kHz。 反激變換器在工作于 CCM 模式下電流應(yīng)力、外特性、原邊電感量及反向恢復(fù)問題的分析。 ? ? ? ? 5 0 s ????? () 實際取 5 匝。現(xiàn)實際輸出功率Po=+3+10=。在設(shè)計時，我們不僅要考慮工作中頻率、輸入和輸出電壓、主電路的形式、轉(zhuǎn)換功率容量，還要考慮繞組繞制的方式、空間大小、散熱方式、工作環(huán)境、鐵芯材料和形狀和成本等多種方面的因素。由于它存在二次擊穿現(xiàn)象，因此只能用在安全工作區(qū)以內(nèi)，這就使實際功耗必須大大低于器件的最大允許功耗。當 R1 和 R2 的阻值確定時，兩者對 Vo 分壓，并且引入反饋， Vo 增大導(dǎo)致反饋量增大。它的輸出電壓可以任意地設(shè)為從 到 36V 范圍內(nèi)的任何值，只用兩個電阻就可以辦到。 圖 主電路主要結(jié)構(gòu)圖 主要器件介紹 PC817 PC817 是 一個比較常用 的光電耦合器 ,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，其中腳 1 為陽極，腳2 為陰極，腳 3 為發(fā)射極，腳 4 為集電極。隨著工農(nóng)業(yè)中電機應(yīng)用的普及，有著良好的調(diào)速性能的變頻器應(yīng)用范圍廣、需求量大，這就為研究變頻器的模塊化、系統(tǒng)化提供了很好的前景。變頻器技術(shù)是一種 新興的環(huán)保型技術(shù) ,在我國經(jīng)濟高速發(fā)展的 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計 14 背景下，變頻器技術(shù)得到前所未有的廣泛應(yīng)用。當輸入電壓低于 10V 的時候 ,芯片會被暫時鎖定 ,控制器此時 停止工作。但由于限流電阻 RIN 的作用，有可能使得芯片 7腳電壓降 低至 10V 而使得 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計 13 芯片停止工作。 (2)非獨立型：由主變換器高頻變壓器輸出的一部分構(gòu)成輔助電源。但由于它的簡單、可靠和方便，以及完全的隔離特性，所以在大功率開關(guān)電源系統(tǒng)中，低頻變壓器不會影響到整個電源的尺寸和造價時，它將是一個不錯的選擇。 由于所需輔助電源的功率一般比較小，輔助電源應(yīng)該力求簡單、可靠和小型化。在電源接通瞬間通過很大的浪 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計 11 涌電 流，重者往往會導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開關(guān)的觸點燒壞，整流橋過流損壞；輕者也會使空氣開關(guān)合不上閘。 反激式變壓器開關(guān)電源，相比其他開關(guān)電源要節(jié)省很多器件。功率管導(dǎo)通時，電感電流變化率和電流峰值很大，生成功率開關(guān)管開通時的電流尖峰；當功率管關(guān)斷時，也會產(chǎn)生很高的關(guān)斷電壓尖峰，給功率管造成很大負擔，會損壞功率管。當功率開關(guān)管 S 導(dǎo)通時，直流輸入電壓 Vin 加在初級繞組上，在變壓器初級電感線圈中儲存能量，由于次級繞組感應(yīng)電壓為上負下正，使二極管 D 反偏截止，次級繞組中無電流，此時電能轉(zhuǎn)化為磁能存儲在初級電感中。 ② DC/DC 變換器 DC/DC 變換器在開關(guān)電源中，一般來說是要求輸入與輸出間進行電隔離的。 SU 1++VTCi sU 0 圖 PWM 變換器原理圖 電壓或電流源是以一種通或斷的重復(fù)脈沖序列。 第二，對變頻器產(chǎn)生的諧波進行抑制。例如，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，自激式和他激式，有單端式和雙端式。采用開關(guān)穩(wěn)壓電源時，在相同的紋波輸出電壓的要求下，濾波電容的容量遠小于線性穩(wěn)壓電源中濾波電容容量。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動功率管之前要經(jīng)過一個電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。 開關(guān)電源的工作原理： 開關(guān)電源的工作過程相當容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是， PWM 開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏 安乘積是很小的（在導(dǎo)通時，電壓低，電流大；關(guān)斷時，電壓高，電流?。?/功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。 SCR 在開關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應(yīng)用， GTR 驅(qū)動困難，開關(guān)頻率低，逐漸被 IGBT 和 MOSFET 取代。電壓控制單閉環(huán)系統(tǒng)是一個無條件的二階穩(wěn)定系統(tǒng)。控制原理是 :給定的電壓 Ug與從輸出反饋回的電壓 Ur 進行比較 ,得到的電壓誤差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器輸出作為另一個給定的電壓信號 Ue。 變頻器的逆變電路根據(jù)逆變電路輸出電壓調(diào)制方法分類有脈幅調(diào)制 PAM 、脈寬調(diào)制 PWM 、正弦脈寬調(diào)制 SPWM 等 3 種類型。它與控制電路 隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。變頻器功能設(shè)置軟件可以在 WINDOWS95 或者98 的系統(tǒng)下設(shè)置變頻器的功能和數(shù)據(jù)通訊。 新 型變頻器不僅發(fā)展單機的數(shù)字化、智能化外，還向其他方向飛速發(fā)展。 15V/200mA； 5V/1A）隔離輸出電源。 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代 電力電子技術(shù) ，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由 脈沖寬度調(diào)制 （ PWM）控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。 5 月 11 日 5 月 20 日 完成系統(tǒng)的主電路設(shè)計與 元器件計算 。研究設(shè)計基于 UC3844 專用 PWM 發(fā)生芯片，采用反激變換器結(jié)構(gòu)的高壓直流（ DC 350V700V）輸入多路（ 5 路： 24V/200mA；177。 15V/200mA； 5V/1A）隔離輸出電源。 5 月 21 日 5 月 25 日 完成工藝設(shè)計。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。設(shè)計完成的該系統(tǒng)應(yīng)符合各項行業(yè)規(guī)定。例如集成化和系統(tǒng)化。 并且，用戶只要設(shè)定數(shù)據(jù)組編碼，而不必逐項設(shè)置，變頻器會將運行參數(shù)自動調(diào)整到最佳狀態(tài)。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 （ 4）速度檢測電路 :以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器 (tg、 plg 等 )的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。 脈寬調(diào)制 PWM 即要求逆變電路輸入直流電壓的有效值是不能控制的，也就是整流電路應(yīng)為二極管控橋路，而逆變電路通過控制全控元件的開關(guān)頻率和開關(guān)時間的長短，用來改變其輸出電壓變頻和輸出脈沖占空比，因此 實現(xiàn)頻率和電壓值配合改變目的。該信號與經(jīng)電阻采樣反映電流變化的信號 Us 進行比較 ,輸出一個占空比可調(diào)節(jié)的 PWM 脈沖信號 ,從而使得輸出的電壓信號 V0 保持恒定。而電流控制雙閉環(huán)系統(tǒng)是一個無條件的一階穩(wěn)定系統(tǒng) ,因此系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 開關(guān)電源高頻化和小型化，使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了開關(guān)電源的發(fā)展前進，每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。 與線性電源相比， PWM 開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過 “ 斬波 ” ，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現(xiàn)的。 開關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。 (3)穩(wěn)壓范圍寬。 設(shè)計師可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計出能滿足不同應(yīng)用場合的開關(guān)穩(wěn)壓電源。 第三，緩和電網(wǎng)中的尖峰脈沖； 第四，抑制電網(wǎng)的換相缺口； 輸出整流濾波器的作用是將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時防止高頻噪聲對負載的干擾。直流供電加到負載上 的時候就是通的時候，供電被斷開的時候就是斷的時候。在這種情況下需要使用稱為隔離變換器的變壓器進行隔離。當 S 截止時，初級感應(yīng)電壓極性反向，使次級繞組感應(yīng)電壓極性反轉(zhuǎn)，二極管 D 導(dǎo)通，儲存在變壓器中的能量傳遞給輸出電容 C，同時給負載供電，磁能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來。因此，要想法設(shè)法限制反激變換器功率開關(guān)電流尖峰和電壓尖峰。因此，反激式變壓器開關(guān)電源的體積比其他類型的開關(guān)電源的體積要小很多。上述現(xiàn)象均會造成開關(guān)電源無法正常工作，為此幾乎所有的開關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流 的軟啟動電路，以保證電源正常而可靠運行。根據(jù)輔助電源與功率主回路的關(guān)系，開關(guān)電源中的輔助電源可以分為兩大類：獨立型和非獨立型。 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計 12 U C 3 8 4 4C 1R 1 D 2D 1C 2R 2C 3D 335218476C 4R 3R 4O 2M O S F E TC 5R 5R 6 圖 UC3844的反激式開關(guān)電源 第二種方法：需要用穩(wěn)壓器 7815,的一種不用低頻變壓器降壓的簡易輔助電源。因為其有利于減小電源體積，實現(xiàn)小型化和節(jié)約成本的原因，在小功率電源系統(tǒng)中廣泛使用。之后主電路又通過 RIN 電阻給 UC3844芯片供電，芯片工作。 UC3844的工作原理是 :反饋電壓和 基準電壓之差 ,經(jīng)誤差放大器 E/A 放大后作為門限電壓 ,與反饋電流經(jīng)采樣后的電壓 ,一起送到電流感應(yīng)比較器。而且在世界范圍內(nèi)，它也是一種不斷注入新鮮血液的科學(xué)技術(shù) 。其中變頻器中的輔助電源是首先要解決的問題。同時它還擁有以下特點 : （ 1）電流傳輸比 CTR:IF=5mA,VCE=5V 時最小值為 50%； 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計 16 （ 2）輸入和輸出之間的隔絕電壓高 Viso(rms): KV。該器件的典型動態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中，我們可以用它代替齊納二極管，例如，可調(diào)壓電源、數(shù)字電壓表、運放電路、開關(guān)電源等等。 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 18 選擇不同的 R1 和 R2 的值可以調(diào)整從 到 36V 范圍內(nèi)的電壓輸出，有一種特殊情況，當 R1=R2 時， Vo=5V。 本電路的開關(guān)功率管設(shè)計采用 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，是一種有廣大發(fā)展前途的新型 MOS 功率器件。在設(shè)計單端反激式變換電路的變壓器時，我們要注意到它也可以有電抗器的功能，所以要根據(jù)實際情況來設(shè)計。 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)計高頻變壓器時留出一點余量，可取 Pm=50W。 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 ?? ??? () 鑒于當輸出電流 Io 達到 5A 時，在輸出電阻及繞組的銅阻上均會產(chǎn)生壓降，會果斷輸出電壓的跌落，因此應(yīng)適當增加 N3 的匝數(shù)，以提升 UO 。在 CCM 模式下原邊電感為變換器處于電感電流臨界連續(xù)時感值的 k 倍， 其表達式為 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 24 每個開關(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 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