張　煒　閆高峰

（1. 山東萬通石油化工集團有限公司　2. 東營市宏遠紡織有限公司）

實用型開關電源設計及其電壓穩(wěn)定性分析

張煒1閆高峰2

（1. 山東萬通石油化工集團有限公司2. 東營市宏遠紡織有限公司）

本文描述了一種實用性開關電源的設計結構，給出了基于UC2844的通用變頻器用開關電源的拓撲結構。借助Candence設計了開關電源的PWM控制電路、反饋電路、采樣電路等，著重就開關電源工作電壓范圍及電壓穩(wěn)定性試驗分析，并驗證設計的合理性。

開關電源；控制電路；電壓穩(wěn)定性

0　引言

開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。本文側重于將研究重點集中于通用型變頻器用開關電源設計，從開關電源的基本原理入手，結合以通用型變頻器的設計條件為基礎，借助Candece軟件設計硬件，并對其在不同負載情況下對其電壓穩(wěn)定性進行了實驗分析。經(jīng)驗證，本設計開關電源能達到實際應用場合的設計要求。

開關電源就是電路中的電力電子器件工作在開關狀態(tài)的電源［1］，其采樣電路、PWM控制電路、變壓器的設計、控制芯片的選擇等成為開關電源設計的關鍵。本文就從上述幾點出發(fā)，詳細闡述了開關電源設計的原理及實驗驗證結果。由開關電源回路提供的電源為多路輸出，為變頻器逆變器提供驅動電壓，并為其他部分提供電源，指標如下：輸入為322～752V；輸出為多路16V，24V，±8V，24V。

1　基于UC2844的硬件設計

UC2844是高性能固定頻率電流模式控制器。專為離線和直流至直流變換器應用而設計，為設計人員提供只需最少的外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。本文借助Cadence軟件強大的電路圖繪制、電路模擬仿真、圖形后處理和元器件符號制作等功能設計硬件電路。

1.1工作原理

電源接通后，當7腳的電壓達到驅動電壓16V后，UC2844開始工作，通過6腳來控制MOSFET的導通與關斷，將輸入直流電壓變成高頻方波后輸入高頻變壓器T的一次側，再通過高頻變壓器T將電壓變成8V、16V、24V輸出，其中16V為UC2844提供電源，如此使電路循環(huán)工作。電路中引入輸入濾波電容，可濾除輸入電壓中的高頻干擾，得到較為穩(wěn)定的輸入電壓；為了消除電壓尖峰脈沖對系統(tǒng)穩(wěn)定工作的影響，引入了緩沖吸收電路。另外，本電路中還具有電流采樣和過流保護的功能。

1.2反激變壓器的設計

反激變壓器［2-4］一半是電感，一半是變壓器。變壓器在本設計中采用封裝形式體現(xiàn)，電路采用單端反激型電路，電流連續(xù)工作模式。本設計中開關電源用變壓器其主要數(shù)據(jù)參數(shù)如下：

工作頻率fs=100kHz，工作周期Ts=50μs，效率η=0.9，輸入直流電壓537V±40%，即322～752V，輸出功率150W。

2　實驗分析

2.1開關電源電壓工作范圍的確定

根據(jù)設計初期的要求，本開關電源應工作于322～752V之間，并確定其工作的上下限。實驗波形中通道1、3分別為輸出的16F、24V，通道2為輸入電壓200V。

當輸入電壓為200V時，這里開關電源處于工作狀態(tài)，逐漸增加輸入電壓，測試得P16F=15.8V，P24F=24.1V。測試波形如下圖所示。

圖中，可見當輸入電壓達到200V時，三個通道的測試結果顯示波形較好。經(jīng)過反復試驗可以驗證本開關電源的最低輸入電壓為138V，當電壓升至196V時，可以實現(xiàn)開關電源的重起：P16F=15.8V，P24F=24.1V。故而，本次設計的開關電源的工作電壓范圍是Vdc=200～600V，滿足預定要求范圍。

圖　輸入電壓為200V時輸出波形

2.2開關電源電壓穩(wěn)定性驗證

實驗主要是驗證輸出電壓在輸入母線電壓為最小值和平均值兩種狀態(tài)下，觀測輸出電壓變化值和電壓值。改變輸出端負載情況，當母線電壓為457V時，三個端口輸出電壓的變化范圍及偏差均在工程允許范圍內(nèi)，測試結果如下表所示。

經(jīng)過反復的試驗，可以確定本次設計的開關電源滿足設計初期的要求，并實現(xiàn)對電壓紋波的控制，確定工作電壓的范圍，并實現(xiàn)對輸出電壓偏差良好的控制。

3　結束語

本文介紹了一種實用型變頻器用開關電源的設計，并介紹了開關電源硬件電路及相關部分的設計。針對此開關電源的工作電壓范圍和開關電源工作穩(wěn)定性進行了實驗驗證，實驗波形證明了該開關電源的可行性，并能達到實際工程的要求。

表　457V下不同負載對端口電壓輸出值及電壓變化值的影響

［1］李定宣.開關穩(wěn)定電源的設計與應用［M］.北京：中國電力出版社.2006.

［2］陳小敏，黃聲華，萬山明.基于UC3843 的反激式開關電源反饋電路的設計［J］，通信電源技術，2006，23（5）：38-39.

［3］王京梅，等.高頻開關電源變壓器的優(yōu)化設計［J］.電子科技大學學報，2002：31（4）：362-365.

［4］宋鴻齋、謝吉華，等.變頻器用多功能開關電源設計［J］. 電力自動化設備，2008，28（1）：105-108.

（2016-01-27）