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        基于UC2845單端正激式開關(guān)電源設(shè)計

        2014-04-29 00:00:00李祥洪浩邱力軍
        無線互聯(lián)科技 2014年12期

        摘 要:本文論述一種采用UC2845為控制芯片的開關(guān)電源,介紹了正激式變壓器的工作原理,并給出相關(guān)設(shè)計電路。

        關(guān)鍵詞:UC2845;單端正激;開關(guān)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)管占空比來維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,其中高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源具有效率高、小型化、輸出穩(wěn)定、高可靠性等突出優(yōu)點,在工業(yè)設(shè)備、軍工裝備、科研儀器、LED照明等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

        1 UC2845芯片

        UC2845是一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片,為設(shè)計人員只需最少的外部器件就能獲得成本效益高的方案。該集成電路的特點包括可微調(diào)的振蕩器、可精準控制占空比、參考欠壓鎖定、高效益誤差放大器、電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出,采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式,是驅(qū)動功率MOSFET的理想器件。

        2 開關(guān)電源設(shè)計

        ⑴系統(tǒng)參數(shù)及電路設(shè)計。本文設(shè)計的電路參數(shù)為:輸入電壓為市電220V/50HZ,輸出電壓為直流5V/40A,工作頻率50~100KHz。整個電路由EMI濾波電路、整流濾波電路、高頻變壓器、電流檢測和反饋補償電路等幾部分組成,其原理圖如圖1所示:

        ⑵單端正單端正激式變壓器原理。本文采用單端正激式。所謂單端,是指高頻變壓器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè),磁同單向變化。所謂正激,在開關(guān)功率管導(dǎo)通時,后級整流二極管D2導(dǎo)通,依同名端工作關(guān)系,初級線圈上的電能通過磁芯耦合傳輸給次級繞組,并通過后級整流二極管傳遞到輸出端;在開關(guān)功率管關(guān)斷時,續(xù)流二極管和儲能電感構(gòu)成放電回路,繼續(xù)對負載供能。

        ⑶UC2845外圍電路設(shè)計。振蕩器頻率由接在UC2845的4腳上的電阻R20和電容C12決定,振蕩器頻率為:f=1.72/(R20*C12),假若工作頻率小于20KHz進入音頻范圍,則噪聲較大,紋波增大;若開關(guān)頻率較高時,開關(guān)損耗增大,系統(tǒng)效率降低,且電路對EMC的要求增大。因此確定工作頻率時要折衷考慮,R20選值為4.7K,C12選值為2.7nF,輸出開關(guān)頻率為67.8KHz。

        為了降低功耗,UC2845采用兩條供電電路,一條是啟動時通過R7、R8、R9供電,另一條是啟動后輔助電源供電。由于電源正常工作情況下的驅(qū)動電流很大,所以由變壓器分一個繞組進行供電,可以降低功耗,C5起儲能和濾波作用,因為UC2845的瞬態(tài)驅(qū)動功率較大,所以C5取值就比較大為100uF,R7、R8、R9為3個470K電阻并聯(lián)。

        ⑷EMI濾波電路。為減小體積、降低成本,一般采用簡易式單級EMI濾波器,能有效抑制開關(guān)電源的電磁干擾,L1、CX1和CX2用來濾除共模干擾,CY1和CY2濾除差模干擾。R1、R2為泄放電阻,可將電容上積累的電荷泄放掉,避免因電荷積累而影響濾波特性,斷電后還能使電源的進線端L、N不帶電,保證使用的安全性。

        ⑸反饋電路設(shè)計。過流保護電路是由R21、R22、R23以及C11組成。R22、R23上的電壓反映了電流瞬時值,當開關(guān)電源發(fā)生過電流時,Q1漏極的電流會增大,URS會增大,URS接入UC2845的保護輸入端3腳,當URS=1V時,UC2845芯片的輸出脈沖將關(guān)斷。通過調(diào)節(jié)R21和R22、R23分壓比可以改變開關(guān)管的限流值,實現(xiàn)電流瞬時值的逐周期保護比較,屬于限流式保護。

        輸出電壓通過穩(wěn)壓器TL431和光電耦合器PC817C反饋到UC2845的2腳,調(diào)節(jié)分壓電阻R34、R35和R37,可以調(diào)節(jié)輸出電壓,達到較高的穩(wěn)壓精度。當輸出電壓穩(wěn)定時,UC2845的2腳電壓Vfb=2.5V,故Ic=2.5V/1k=2.5mA,由PC817C的特性圖表知If=2mA。根據(jù)經(jīng)驗,If一般取2―20mA,R38一般選取幾百歐,另外,TL431的正常工作電流為1-100mA,Iref=2uA,通常讓IR35≥100Iref=0.2mA,則R7≤2.5V/0.2mA=12.5K,以忽略Iref,但分壓電阻也不宜取得太小,以免功耗過大,R37并在R35上,是為了輸出滿載時,調(diào)整輸出電壓。

        ⑹設(shè)計技巧。吸收回路的設(shè)計:變壓器一次側(cè)兩端、輔助繞組整流二極管兩端、輸出整流二極管兩端和續(xù)流二極管兩端均設(shè)計有相應(yīng)的RC吸收回路,避免過高的尖峰擊穿管子和燒壞電路器件。輸出電容的均流問題:因為輸出的40A電流,由輸出電容提供,為使各輸出電容提供的電荷盡可能相等,PCB布線采用輸出電容均流的布線技巧。

        3 小結(jié)

        在開關(guān)電源的設(shè)計中,UC2845是整個變換器的關(guān)鍵部分,其核心是PWM控制單元,為設(shè)計人員只需最少的外部器件就能獲得成本效益高的方案。并且高頻開關(guān)電源變壓器和濾波電感可以實現(xiàn)開關(guān)電源小型化、輕量化、提高可靠性的關(guān)鍵。

        [參考文獻]

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        [3]何希才.新型開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用[M].科學(xué)出版社出版.2001.

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