【導(dǎo)讀】隨著工農(nóng)業(yè)中電機(jī)應(yīng)用的普及，有著良好的調(diào)速性能的通用變頻器應(yīng)用范圍廣、需求量大，這就為研究通用變頻器的模塊化、系統(tǒng)化提供了很好的前景。變頻器中的輔助電源是首先要解。研究設(shè)計(jì)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. 的該系統(tǒng)應(yīng)符合各項(xiàng)行業(yè)規(guī)定。1月12日-1月18日查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述、撰寫開(kāi)題報(bào)告。3月06日-3月15日畢業(yè)實(shí)習(xí)、撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告。3月16日-4月22日主要完成系統(tǒng)軟硬件構(gòu)建的初步設(shè)計(jì)。5月11日-5月20日完成系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)與元器件計(jì)算。5月21日-5月25日完成工藝設(shè)計(jì)。6月02日-6月06日修改、裝訂畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書、指導(dǎo)教師評(píng)閱。6月07日-6月09日畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。其銷售額逐年增加，至今為止全年有超過(guò)數(shù)十億元人民幣的市場(chǎng)。對(duì)許多用戶而言,這。十年中歷經(jīng)多次更新，到現(xiàn)在正在使用的變頻器大部分屬于目前最先進(jìn)的機(jī)型。

　　

【正文】 ???? 實(shí)際取 4 匝。 Uo=24V 時(shí)， 匝）（）（ 5 0 5 ?? ???? 實(shí)際去 6 匝 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(kāi)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 。假如磁場(chǎng)集中于氣隙處而未向外部泄露，則 B ?? ? 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 25 這里去 B=500mT，把 N1=53， Is= 代入可得 ??? 保留余量，每邊可留出 1mm 的氣隙。 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； 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。 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(wèn)題的分析。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(guò)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 spc 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 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 26 22oopc vcc c oI N P NII D D U? ? ? ? ?221ocpc vcin cPDII UD??? ? 將上式聯(lián)立可得每個(gè)開(kāi)關(guān)周期電感電流峰值和最小值 ? ?21 2 ( 1 )o oopcin c in c inPD PPkI U D k U D k U? ?? ? ??? ? ?21 2 ( 1 )o oovcin c in c inPD PPkI U D k U D k U? ?? ? ??? 電感電流的峰值和最小值與之比為 11p vc pc kk I I k ???? 每個(gè)開(kāi)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(guò)程中，容易引起開(kāi)關(guān)應(yīng)力變高，從而導(dǎo)致開(kāi)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(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，漏電感引起開(kāi)關(guān)管集電極電壓驟然升高。抑制開(kāi)關(guān)應(yīng)力的辦法有兩種，即耗散過(guò)電壓，和減小漏電感。 減小漏電感主要靠生 產(chǎn)和制造工藝的手法；耗散過(guò)電壓則依靠和電感線圈并聯(lián)的 RC緩沖電路，或與開(kāi)關(guān)并聯(lián)的 RC 緩沖電路。 SRDCC 1N 2N 1T 1D 2C fR LU i n+ 圖 27 緩沖電路 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 27 每當(dāng)開(kāi)關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，在變壓器的一次繞組上就會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓。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(kāi)關(guān)管。為此，在電路中加入 RCD 緩沖電路，用于吸收尖峰電壓。 緩沖的電容要滿足在開(kāi)關(guān)管集電極電流降為 0 時(shí)，其集電極電壓不能超過(guò) 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)。 按 RC 時(shí)間常數(shù)為 toff(min)來(lái)計(jì)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。 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。 驅(qū)動(dòng)電路和控制電路設(shè)計(jì) UC3844 內(nèi)部主要由 基準(zhǔn)電壓源、用來(lái)調(diào)節(jié)占空比的振蕩器、電流測(cè)定比較器、誤差放大器、降壓器、 PWM 鎖存器和適用于驅(qū)動(dòng)功率管 MOSFET 的電流推挽輸出電路等部件構(gòu)成。 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)。驅(qū)動(dòng)電路，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)功率放大電路，從而滿足負(fù)載額定功率使得負(fù)載可以正常工作，從而可 以響應(yīng)微弱的輸入信號(hào)，所以對(duì)于不同的負(fù)載就需要不同的驅(qū)動(dòng)電路，但實(shí)質(zhì)是一樣的，比如 LED 驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，繼電器驅(qū)動(dòng)電路，揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路等。 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 28 UC3848354612 7C5R1C6R5C4R4R6R3V1Voc 圖 28 UC3844 的典型外圍電路 UC3844 的典型外圍電路如圖所示，圖中腳 7 是其電源輸入端，芯片的開(kāi)啟電壓為16V， 過(guò)壓保護(hù)的電壓上限是 34V，欠壓鎖定電壓為 10V。 用穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓，同時(shí)并聯(lián)值為 10uF 的電解電容用于濾波。剛開(kāi)始時(shí)由原邊的主電路向芯片進(jìn)行供電， 等電路正常工作以后，開(kāi)始由副邊進(jìn)行供電。原邊主電路向其供電時(shí)需加限流電阻，考慮芯片的發(fā)熱和散熱水平條件，其值取為 80kΩ /5W，在輸出端與穩(wěn)壓管相連接處串入二極管，用于防止輸出電壓不穩(wěn)定時(shí)，超高電壓直接進(jìn)入穩(wěn)壓二極管，致其燒壞。 腳 4 接振蕩電路，產(chǎn)生所需要頻率的鋸齒波，工作頻率為 =，振蕩電阻 R1和電容 C4的值分別為 120kΩ、 250pF。腳 1 及腳 2 為 UC3844 內(nèi)部電壓比較器的輸出端和輸入端，它們之間接一個(gè) 15 kΩ的電阻構(gòu)成比例調(diào)節(jié)器。腳 8 是其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 (5V)，給光耦副邊的三極 管提供偏壓。腳 6 為芯片輸出端，用限流電阻限流后負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)功率MOSFET，在腳 6 處并聯(lián)一支 15V 的穩(wěn)壓二極管，用于保護(hù)功率 MOSFET。 開(kāi)機(jī)時(shí) ,交流電壓首先經(jīng)過(guò) EMI 過(guò)濾干擾 ,再經(jīng)過(guò)橋式整流和濾波 ,生成直流電壓。然后經(jīng) R2 降壓后，向 UC3844 提供 +16V 啟動(dòng)電壓。 C1 為濾波電容 ,R1 是限流電阻。電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)后 ,電路中自饋線圈上的高頻電壓經(jīng)過(guò) VD C3 整流濾波 ,開(kāi)始作為UC3844 的電壓進(jìn)行工作。 C2儲(chǔ)存的能量設(shè)計(jì)中要求滿足電源正常工作的需要，使得 UC3844 第 7腳有穩(wěn)定充足的輸入供給。所以初 級(jí)繞組電容的放電時(shí)間一般要大于 UC3844 輸出脈沖的高電平持基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 29 續(xù)時(shí)間。反之，電源將出現(xiàn)不平均的現(xiàn)象。所以，電容 C2 的容量和質(zhì)量的選取非常重要。容量最好在 100μ F 或者以上。 電路圖如圖： U C 3 8 4 4V 1C 2C 3V D 1N 1C 4R 1 2N 2N 0R 1C 1V D 2 圖 29 控制與啟動(dòng)電路 電流反饋電路設(shè)計(jì) UC3844 采用的是峰值電流控制模式，腳 3是電流比較器同相輸入端，在電路中用于輸入取樣電流信號(hào)，由 R3， Rf 以及腳 3組成。如圖 210，電流反饋信號(hào)從腳 3引入，并且和腳 1 的電壓誤差信號(hào)進(jìn)行比 較，進(jìn)而產(chǎn)生 PWM 波，由于電流比較器輸入端設(shè)置了1V的基準(zhǔn)值，當(dāng)電路中電流過(guò)大而使電阻 R3上的電壓超過(guò) 1 V(時(shí)，將關(guān)斷 PWM 脈沖，若小于 1V 時(shí)，則保持 PWM 脈沖不變。 R3可以限制最大輸出電流，因?yàn)榉逯惦娏饔呻娮?R3 檢測(cè)，這里上端采樣電阻 Rf 取為 2kΩ，下端電流檢測(cè)電阻 R3。濾波電容取為 500pF/ 的電解電容，用來(lái)保護(hù)電路。 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 30 U C 3 8 4 48354612 7C 5R 1C 6R 5C 4R 4R 6R 3V 1V o c 圖 210 UC3844 電流反饋 電壓反饋電路設(shè)計(jì) 電壓反饋電路采用三端可控基準(zhǔn)源 TL431 反饋誤差電壓，放大誤差電壓，用來(lái)驅(qū)動(dòng)PC817 的發(fā)光二極管，然后反饋電 壓進(jìn)入處在電源高壓端的光耦副邊三極管，再輸入到UC3844 的腳 1腳 2的誤差放大器，進(jìn)而調(diào)整 MOSFET 開(kāi)關(guān)管的通斷時(shí)間。 圖 211 由 TL431 及光耦組成的輸出電壓反饋電路 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 31 TL431 的參考端和陽(yáng)極間是穩(wěn)定 基準(zhǔn)電壓，它可以將取樣電阻上的電壓穩(wěn)在。輸出電壓增大的話，經(jīng)電阻分壓后，得到的取樣電壓若大于 ，流過(guò) TL431的電流逐漸增強(qiáng)，其陰極電壓下降，光耦原邊二極管開(kāi)始發(fā)光，使得開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間逐漸減少，用這種方法降低了輸出電壓。 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 32 第 3 章 斜坡補(bǔ)償 開(kāi)關(guān)電源采用反激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并按電流連續(xù)模式設(shè)計(jì)的小型開(kāi)關(guān)電源，應(yīng)用范圍廣泛。價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但始終存在存在電流模式控制不穩(wěn)的缺陷。例如 UC3842，它是一個(gè)與 UC3844相同的 電流控制型器件 ,它的最大缺點(diǎn)是當(dāng)占空比 D大于 50%時(shí) ,電路不能穩(wěn)定工作 ,此時(shí)必須進(jìn)行斜坡補(bǔ)償。 而 UC3844 的占空比最大為 50%，所以一般情況下不需要進(jìn)行斜坡補(bǔ)償。本章節(jié)介 紹了斜坡補(bǔ)償?shù)念愋秃驮?，為與 UC3844 相似的同系列產(chǎn)品更換有一定作用。 斜率補(bǔ)償?shù)念愋团c補(bǔ)償方程 (1)UC3844芯片采用峰值電流控制法 ,將實(shí)際的電感電流與電壓外環(huán)設(shè)定的電流值分別接到 PWM比較器的兩端進(jìn)行比較。在 UC3844或者 UC3842的誤差放大器輸出端，用一負(fù)斜率電壓疊加上去，合成的參考電壓在 PWM比較，以此調(diào)節(jié)芯片的占空比，其最終目的是穩(wěn)定輸出。當(dāng)占空比小于 50%時(shí)擾動(dòng)電流引起的電流誤差會(huì)較小 ， 而占空比大于 50%時(shí)擾動(dòng)電流引起的電流誤差會(huì)較大。因此，當(dāng)尖峰電流模式占空比大于 50%時(shí) ,經(jīng)過(guò)一個(gè)周期會(huì)將擾動(dòng)信號(hào)擴(kuò)大，導(dǎo)致電路工作不穩(wěn)定。此時(shí)需要對(duì)比較器添加坡度補(bǔ)償以穩(wěn)定電路 ， 如圖 31所示。加了坡度補(bǔ)償 ， 即使占空比小于 50%,電路性能也能得到改善。 圖 31 占空比大于 50%斜率補(bǔ)償示意圖 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 33 斜率補(bǔ)償如圖 所示，圖中 refdVM dt? 為待選的斜率，可按下式中關(guān)系確定： 22s s ss a v s r e f o n s sp p pN N NmmR I V t R M R TN N N? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 若設(shè)上式 MmRsNNps ?22 差值為零，即 22s spN mMRN? 副邊平均電流 avsI 與 ont 無(wú)關(guān)。所以，在開(kāi)關(guān)電源調(diào)節(jié)過(guò)程中均能保持平均電流不變， 使輸出電壓和電流穩(wěn)定。 圖 32 負(fù)斜率補(bǔ)償電壓對(duì)擾動(dòng)的收斂效果 (2)負(fù)斜率補(bǔ)償在 D≥ 50%時(shí)對(duì)擾動(dòng)任然具有收斂的作用，如上圖， 圖中有可供比較的交點(diǎn) A、 B、 C?；鶞?zhǔn)交點(diǎn)為 A 點(diǎn)，他表示了某一時(shí)刻占空比≥ 50%時(shí)的電流連續(xù)模式下的開(kāi)關(guān)切換。當(dāng)干擾 1I? 出現(xiàn)時(shí)，若按水平比較基準(zhǔn)切換 ，交點(diǎn)將在 B 點(diǎn)，此時(shí)的 2I? 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 1I? ，得出 ? ?21 1mm? ??，電流波形將會(huì)因擾動(dòng)而發(fā)散，于是形成振蕩。 若此時(shí)引進(jìn) M為基準(zhǔn)，進(jìn)行比較切換。此時(shí)切換交點(diǎn)移到 C。擾動(dòng)的變化如圖中的 2I??所示，由此得出 2I?? 1I? ，上面的分析得出即使在占空比≥