朱　葉，廖無限，胡正國，易槧槧，賀思文，張德軍

（湖南工業(yè)大學 電氣與信息工程學院，湖南 株洲 412007）

基于UC3843的半波整流電路輔助電源設計

朱葉，廖無限，胡正國，易槧槧，賀思文，張德軍

（湖南工業(yè)大學 電氣與信息工程學院，湖南 株洲 412007）

設計了基于UC3843的半波整流電路的輔助電源。先介紹半波整流電路的工作原理，再將半波整流電路與傳統(tǒng)的輔助電源獲取方式進行相關的定量計算和比照，最后設計半波整流電路的實際電路，并應用在LED恒流驅(qū)動器上，半波整流電路的輸出電壓為12 V。對樣機的測試結(jié)果表明，本文所設計的基于UC3843的半波整流電路的輔助電源的性能滿足設計要求，值得推廣。

UC3843 ；半波整流電路 ；輔助電源

0　引言

由于開關電源具有體積小、重量輕、功耗小、效率高等特點，被廣泛應用于各種電子設備中［1］。一般，開關電源由功率主回路、控制驅(qū)動回路、輔助電源組成。其中，輔助電源主要是給功率主回路的控制電路、驅(qū)動電路或電源系統(tǒng)的監(jiān)控電路供電。目前，開關電源通過兩種方式獲得輔助電源：第一種是設置獨立、功率更小的開關電源；第二種是采用專業(yè)的輔助電源芯片［2］。第一種實現(xiàn)方式的成本較高，占用PCB板的面積較大，并且功耗較大；第二種方式雖然成本也較高，但是占用PCB板的面積較小，功耗適中。市電220 V交流電經(jīng)整流和濾波后，為310 V左右的脈動直流電，然而開關電源的控制驅(qū)動回路工作電壓都比較低，一般在30 V直流電壓以下。針對上述問題，本文設計了一種基于UC3843的半波電路結(jié)構(gòu)輔助電源。該輔助電源電路簡單，組建方便，易于實現(xiàn)［3-5］。

1　工作原理介紹

1.1開關電源

圖1為開關電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。此電路主要由功率主回路、控制驅(qū)動回路和輔助電源3部分構(gòu)成。功率主回路由整流橋B、隔離二極管D4、負載Load、儲能電感L1、電流檢測電阻R1和開關管Q構(gòu)成；控制驅(qū)動回路主要是以電源控制芯片UC3843為核心來實現(xiàn)；輔助電源主要由半波整流二極管D1、隔離二極管D3、穩(wěn)壓二極管D2、限流分壓電阻R2和電阻R3、緩沖電阻R4、緩沖電容C1、濾波電容C2、儲能電感L2構(gòu)成。

圖1　開關電源的電路結(jié)構(gòu)圖Fig. 1　A circuit configuration diagram of the switching power supply

1.2輔助電源

輔助電源的工作原理如圖2和圖3所示。圖2和圖3中，負載電阻RL等效為以電源控制芯片UC3843為核心的控制驅(qū)動回路的阻抗。電路輸入端接入市電220 V交流電后，電路的工作可分為如下兩種過程。

1）當交流電工作在正半軸時，即相當于輸入交流電的極性為上正下負。交流電從正極性出發(fā)，共有兩條工作回路。

回路1。交流電經(jīng)二極管D1、電阻R2、電阻R3、負載電阻RL、電感L2，回到交流電輸入端的負極性處，即流經(jīng)途徑①。此時電感L2的極性為左負右正，處于充電狀態(tài)?；芈?相當于半波整流，將交流電變?yōu)槊}動直流電，通過濾波電容C2濾去其中的交流分量。放電回路的時間常數(shù)越大，其濾波效果越好，其整流后輸出的直流電波形越平滑。

回路2。交流電經(jīng)二極管D1、電阻R2、電阻R3、緩沖電容C1和緩沖電阻R4、穩(wěn)壓二極管D2，回到交流電輸入端的負極性處，即流經(jīng)途徑②?；芈?就是穩(wěn)壓過程。

正半波工作狀態(tài)如圖2所示。

圖2　正半波工作狀態(tài)圖Fig. 2　A diagram of the work status of the positive half wave

2）當交流電工作在負半軸時，即相當于輸入交流電的極性為上負下正。交流電從負極性出發(fā)，此時也有兩條工作回路，負半波工作狀態(tài)如圖3所示。

由楞次定律可知，電感L2因阻礙電流的突變，使其極性發(fā)生改變。此時儲了能的電感L2的極性變成左正右負，即電能從L2左端的正極出發(fā)，經(jīng)過穩(wěn)壓二極管D2、緩沖電容C1和緩沖電阻R4、濾波電容C2和負載電阻RL，最后回到電感L2右端的負極，即有回路①和回路②，共兩條工作回路，在此過程中主要是完成電感L2的一次放電過程。

圖3　負半波工作狀態(tài)Fig. 3　A diagram of the work status of the negative half wave

通常來說，半波整流電路與全波整流電路相比，半波整流電路只能工作在交流電的半周期，而控制全波整流電路則能工作在交流電的整個周期。但是，本文所設計的半波電路，由于增加了電感儲能放電回路，所以也能實現(xiàn)與全波整流電路相同的功能。

2　獲取輔助電源的兩種方式的定量計算與對比

通過定量計算，將開關電源芯片UC3843獲得輔助電源的傳統(tǒng)方式與本文所設計的半波整流電路進行對比分析［6-10］。

1）傳統(tǒng)方式。芯片UC3843的輔助電源的工作電壓是通過將市電經(jīng)過橋式整流和濾波電路后，再經(jīng)降壓電阻分壓、濾波和穩(wěn)壓電路獲得。

假設市電經(jīng)橋式整流和濾波后，直流電壓為Ud1，則

式中Uac為市電電壓。

取Uac為220 V，代入式（1）中，可得Ud1=311 V。假設芯片UC3843的工作電壓U=12 V，工作電流I=10 mA，其降壓電阻的功率P為

式中ΔU= Ud1-U。

因此可得降壓電阻的功率P=2.99 W。

2）本文所設計的半波整流電路。芯片UC3843的輔助電源的工作電壓也是通過將市電經(jīng)半波整流和降壓電阻分壓后，再經(jīng)濾波電路、電感儲能電路和穩(wěn)壓電路獲得。

假設經(jīng)半波整流后獲得的直流電壓為Ud2，則

因此可得Ud2=155 V。同樣假設芯片UC3843的工作電壓U=12 V，可得降壓電阻的壓降Δ U為143 V。若芯片UC3843的工作電流也是I=10 mA。通過式（2）可得，降壓電阻的功率P=1.43 W＜2.99 W。因此，本文所設計的半波整流電路的功耗為傳統(tǒng)方式的一半。

3　實驗結(jié)果與分析

根據(jù)半波整流電路的工作原理，本文設計了實際電路，并應用在LED恒流驅(qū)動器上，如圖4所示。從負載、輸入、波形3個特性對輔助電源進行測試［11-14］。

圖4　實際電路圖Fig. 4　Actual circuit diagram

1）負載特性測試。輸入交流電壓為220 V，負載阻抗從0.8 k逐步增加到1.6 k，對應的輸出電壓如表1所示。由表1可以看出，隨著負載阻抗的增加，輸出電壓也逐漸增加。本文所設計的半波整流電路基本能滿足芯片UC3843對工作電壓的需求。

表1　負載特性測試結(jié)果Table 1　Load characteristic test results

表2　輸入特性測試結(jié)果Table 2　Input characteristics test result

3）波形特性測試。待測輔助電源外接市電交流電220 V，輸出接額定負載后，再上電。采用固緯GDS-2104示波器的CH1通道進行測試，輸出端的電壓波形如圖5所示。由圖5可以看出，輸出電壓在直流12 V左右，而且波形比較平穩(wěn)。

圖5　電路輸出電壓波形Fig. 5　Circuit output voltage waveform

從負載特性、輸入特性、輸出波形的測試結(jié)果可以看出，該輔助電源能夠穩(wěn)定輸出電壓，符合要求，達到了預期效果。

4　結(jié)語

本文基于UC3843設計了一種低功耗直流輔助電源，該電源輸出的12 V電壓用于驅(qū)動芯片UC3843。在半波整流電路的基礎上，增加了電感儲能放電回路，這改良了半波整流電路，實現(xiàn)了與全波整流電路相同的功能。與全波整流電路的輔助電路相比，本文設計的輔助電源具有功耗較低、工藝簡單、通用性較好的特點。

［1］陳明，肖強暉. UC3842雙管正激式單級PFC變換器研究［J］. 湖南工業(yè)大學學報，2014，28（2） ：46-50. CHEN Ming，XIAO Qianghui. Design of Dual-Transistor Forward Single Stage PFC Converter Based on UC3842［J］. Journal of Hunan University of Technology，2014，28（2） ：46-50.

［2］胡國文，張立生，王銀杰. 基于UC3842變頻器輔助電源的設計［J］. 現(xiàn)代儀器，2012，18（4） ：43-46. HU Guowen，ZHANG Lisheng，WANG Yinjie. Design of Auxiliary Power for Inverter Based on UC3842［J］. Modern Instruments，2012，18（4） ：43-46.

［3］付翔. 高速動車組輔助供電系統(tǒng)的研究［D］. 成都：西南交通大學，2010. FU Xiang. Study on the Auxiliary Power Supply System of High Speed EMU［D］. Chengdu：Southwest Jiaotong University，2010.

［4］胥志，李紅梅，馮之健. 電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)輔助電源設計［J］. 機電工程，2013，30（5） ：518-523. XU Zhi，LI Hongmei，F(xiàn)ENG Zhijian. Auxiliary Power Supply Design of Electric Drive System in Electric Vehicle［J］. Journal of Mechanical & Electrical Engineering，2013，30（5） ：518-523.

［5］馬紅梅，武艷，周東東. 一種小功率開關穩(wěn)壓電源設計［J］. 南陽理工學院學報，2011，3（2） ：30-33. MA Hongmei，WU Yan，ZHOU Dongdong. Design of Small Power Switching Power Power Supply［J］. Journal of Nanyang Institute of Technology，2011，3（2） ：30-33.

［6］馬浩宇. 電氣化列車輔助供電系統(tǒng)不斷電技術研究設計［D］.北京：北京交通大學，2014. MA Haoyu. Research on Uninterruptible Auxiliary Power Supply for Electrified Railway Vehicles［D］. Beijing ：Beijing Jiaotong University，2014.

［7］周志寧. 輔助電源系統(tǒng)監(jiān)控單元的軟件設計與實現(xiàn)［D］.南京：南京理工大學，2013. ZHOU Zhining. Software Design and Implementation of Auxiliary Power System Monitoring Unit［D］. Nanjing：Nanjing University of Science and Technology，2013.

［8］文翔. 鐵道機車車輛輔助電源簡統(tǒng)化研究與設計［D］.成都：西南交通大學，2014. WEN Xiang. Research and Design on Generalization of Railway Vehicle Auxiliary Power Supply［D］. Chengdu：Southwest Jiaotong University，2014.

［10］殷佳琳. 新型開關穩(wěn)壓電源的優(yōu)化設計與應用［J］. 科技通報，2012，28（2） ：140-142. YIN Jialin. Research of Optimal Design and Application for a New Switching Power Supply［J］. Bulletin of Science and Technology，2012，28（2） ：140-142.

［11］劉杰，劉培，王琦，等. 開關穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設計［J］. 通信電源技術，2011，28（3） ：35-38. LIU Jie，LIU Pei，WANG Qi， et al. A Design of Switching Mode Power Supply System［J］.Telecom Power Technology，2011，28（3） ：35-38.

［12］袁利大. 輕軌運行輔助系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］. 大連：大連理工大學，2011. YUAN Lida. Design and Implementation of Light-Rail Assisted System［D］. Dalian：Dalian University of Technology，2011.

［13］戴璇. 基于半橋PFC的車載充電電源的研究［D］. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2014. DAI Xuan. Research on Vehicles Charger Based on Half-Bridge PFC［D］. Harbin：Harbin Institute of Technology，2014.

［14］姚欣瑞，肖強暉，廖無限. 由恒流二極管串聯(lián)分壓組成的直流輔助電源［J］. 湖南工業(yè)大學學報，2015，29（4） ：72-75. YAO Xinrui，XIAO Qianghui，LIAO Wuxian. DC Auxiliary Power Supply Composed of a Series of Constant Current Diode［J］. Journal of Hunan University of Technology，2015，29（4） ：72-75.

（責任編輯：鄧彬）

On the Auxiliary Power Supply of the Half-Wave Rectifier Circuit Based on UC3843

ZHU Ye，LIAO Wuxian，HU Zhengguo，YI Qiangqiang，HE Siwen，ZHANG Dejun
（School of Electrical and Information Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，China）

A design has been developed of the auxiliary power supply of the half-wave rectifier circuit based on UC3843. A brief introduction has been made of the operation principle of the half-wave rectifier circuit， followed by some relevant quantitative calculation and comparison with the acquisition way of the traditional auxiliary power supply. This principle has been applied to the design of the actual circuit， as well as to the LED constant-current driver， with 12 V the output voltage of the half-wave rectifier circuit. The test result of the prototype shows that the performance of the designed auxiliary power supply of the half-wave circuit based on UC3843 meets the design requirements， thus worthy of the marketoriented promotion.

UC3843 ；half-wave rectifier circuit ；auxiliary power supply

TN713

A

1673-9833（2016）03-0054-04

10.3969/j.issn.1673-9833.2016.03.010

2016-03-06

朱葉（1994-），女，湖南婁底人，湖南工業(yè)大學學生，主要研究方向為電力電子，E-mail：877608992@qq.com