練新平

摘要：多路輸出反激式開關(guān)電源主要是以UC3844作為控制核心，詳細設(shè)計了緩沖吸收、EMI濾波、啟動與驅(qū)動、高頻變壓器等多種具體模塊電路，并對開關(guān)電源電路參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，驗證設(shè)計樣機的合理性。

關(guān)鍵詞：多路輸出;反激式開關(guān)電源;技術(shù)參數(shù);變壓器

中圖分類號：TN86

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.15913/j.cnki.kj ycx.2019.08.058

1 系統(tǒng)設(shè)計

l.l 電源設(shè)計

此次設(shè)計的開關(guān)電源技術(shù)參數(shù)如下：輸入電壓220V，輸出電壓+5 V/2A;+24 V/lA;±15 V/0.5A;12 V/0.2A;紋波小于l%;輸出功率為52W。該開關(guān)電源應(yīng)用在電機控制中。12V輸出繞組為芯片UC3844供電，15V為IGBT逆變器供電，24V為繼電器供電;5V繞組為輸出繞組，不僅能夠穩(wěn)壓，還能夠作為電機控制所應(yīng)用的數(shù)字5V電源。其中Tl為高頻變壓器，該電路輸入為220V交流，在整橋整流濾波之后，在變壓器輸入端達到300 V直流電壓。經(jīng)過芯片PWM脈寬控制穩(wěn)壓之后，能夠得到5路輸出。

1.2 變壓器設(shè)計

在設(shè)計開關(guān)電源時需要注重變壓器設(shè)計，電源性能會直接影響變壓器設(shè)計合理性。

變壓器輸出功率和輸入功率估算方面，按照輸出電壓和輸出電流設(shè)計大小對總輸出功率進行計算，公式如下：

通常情況下，KRP數(shù)值為0.4，如果交流輸入電壓為230 V，則數(shù)值選取為0.6.單片反激開關(guān)電源在CCM模式下連續(xù)運行。充分考慮器件資料，則開關(guān)電源設(shè)計KRP數(shù)值選擇為0.7.

確定變壓器磁芯尺寸。相比于成品電感來說，磁性元件電感在設(shè)計期間需要增加氣隙從而加強磁芯儲存能量的能力，如果不存在氣隙，磁芯在存儲少量能量之后就會出現(xiàn)飽和。在增加氣體比較大，則會相應(yīng)加多匝數(shù)，從而加大繞組銅耗。其次，增加匝數(shù)會相應(yīng)加大繞組占用窗口的面積。因此在實際設(shè)計期間需要考慮多種因素，利用下式進行計算：

在變壓器設(shè)計期間要考慮體積和銅耗問題，因此可以將上式r值設(shè)置在0.5，代入公式中可得，磁芯尺寸在7.109 m3。

1.3 選擇控制芯片

PWM控制芯片是開關(guān)電源的控制核心，此種芯片選擇型式比較多，不同型式所對應(yīng)的工作溫度范圍也不同，此次設(shè)計主要選用UC384x系列。由于單端反激結(jié)構(gòu)存在變壓器繞組反電動勢，因此，在關(guān)斷時開關(guān)管承受電壓為：式（l）中：q為占空比。

1.4 控制芯片驅(qū)動電路及計算定時電阻電容

1.4.1 驅(qū)動電路

驅(qū)動電路電壓為16V，在開啟電源之后，經(jīng)整流濾波的交流電能夠獲得直流電，利用電阻降壓后能夠為其提供電能，當(dāng)電壓滿足16V之后，啟動芯片會產(chǎn)生波形驅(qū)動信號，與柵極阻尼電阻進行串聯(lián)。在進入正常運行狀態(tài)之后，電源變壓器副邊繞組所產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流濾處理之后能夠為芯片提供電源。因此，在設(shè)計期間需要處理好芯片供電問題，對于此次所使用的芯片來說，其供電電路為：輸入電壓經(jīng)整流處理之后會通過大阻值電阻向芯片供應(yīng)電源，電源運行之后會由饋電繞組接替向芯片供電任務(wù)。在此期間為了確保芯片運行穩(wěn)定，需要選擇阻值適宜的電阻向芯片提供電源，芯片運行電壓在13V左右，為了使其正常運行，則需要確保供電電壓數(shù)值超過16V。芯片待機電流為0.5 mA，工作電流為10 mA，最大電壓為36V。

1.4.2 計算定時電阻和電容

定時電阻電容會直接決定芯片輸出功率，然而在開始計算時需要詳細了解芯片電壓基準(zhǔn)。芯片內(nèi)部電壓基準(zhǔn)為5V，此電壓基準(zhǔn)被當(dāng)作電路供電來源，還能夠為電壓反饋電路提供電源，并且對初期芯片運行狀態(tài)進行調(diào)試。在芯片數(shù)據(jù)中詳細說明了定時部分電壓情況，其通過定時電阻向定時電容放電，在充電至2.8 V之后會觸發(fā)電流源，并且對電容放電，直至1.2 V停止放電，此時電容再次充電。在充放電過程中明確芯片振蕩頻率。在此次應(yīng)用的芯片中，振蕩頻率就屬于輸出開關(guān)頻率。此外，定時電阻和電容不僅會對芯片輸出開關(guān)頻率造成影響，還會對芯片輸出波形占空比造成影響。定時電路電阻比較大且電容比較小時，充電過程比較長，放電過程比較短，此時就會加大輸出波形占空比。如果右側(cè)定時電路電阻較小且電容比較大時，放電過程會占據(jù)振蕩周期很長一段時間，此時輸出波形占空比就會控制在有限范圍內(nèi)。

1.5 選擇與設(shè)計EMI濾波電路

開關(guān)電源在運行期間會受到干擾，并且電源會通過耦合通道影響開關(guān)電源、電網(wǎng)和其他設(shè)備。將EMI濾波器應(yīng)用到電源輸入端上能夠?qū)Σ钅８蓴_和共模干擾起到消除作用。EMI濾波電路降低干擾的方案主要包括以下幾點：①應(yīng)用Y電容和Ⅱ型濾波器方案中處理;②應(yīng)用Y電容、X電容和共模電感所組成的濾波器。

圖1中的（a）與（b）屬于結(jié)構(gòu)簡單的濾波器，L為共模電感，兩圖最大區(qū)別在于濾除差模干擾電容位置不同。圖1 （c）中的CI和C2主要是對差模干擾起到濾除效果，L、C3和C4為濾除共模干擾。在產(chǎn)生共模干擾影響時，共模電感中線圈磁通方向一致，在經(jīng)過耦合之后會增加總電感量，并且對共模信號表現(xiàn)出比較強的感抗，對共模信號干擾影響起到抑制作用。圖1中R為泄放電阻，可以釋放C3所積累的電荷，以免由于電荷累積對濾波特性造成影響。在斷電之后會導(dǎo)致電源出入端間不帶電，確保操作安全性。此次設(shè)計選擇的濾波器內(nèi)部包含濾波電容和共模電感，這樣能夠有效消除差模干擾和共模干擾。

2系統(tǒng)測試

空載條件下輸出波形圖中5V輸出為4.60V，15V輸出為15.3 V，輸出電壓比較穩(wěn)定，且具有較高的電壓準(zhǔn)確度，因此表明電路模塊取值滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，在多路輸出反激式開關(guān)電源的設(shè)計期間，首先需要明確設(shè)計方案和各元器件參數(shù)，之后制作硬件，在制作期間需要詳細檢查每項步驟的安全性和正確性，完成制作之后需要聯(lián)合電路圖對元器件極性和型號進行核對，并且檢查硬件電路連接與電路圖的一致性，這樣才能夠確保多路輸出反激式開關(guān)電源的設(shè)計效果。

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