600V輸入多路輸出高頻開關電源設計
摘要:本文介紹了600V輸入多路輸出高頻開關電源設計方案，主電路采用雙管反激功率變換電路，控制電路采用電流型PWM控制技術
關鍵詞：雙管反激變換器 電流型PWM控制 射極跟隨互補雙極驅動 光耦隔離反饋
1 引言
隨著現代工業(yè)的不斷發(fā)展，對電源裝置的性能、效率、重量等提出了更高的要求,常規(guī)的線性電源已經不能滿足要求，開關電源采用高頻脈寬調制控制技術, 具有性能好、效率高、體積小、重量輕、噪音低、穩(wěn)壓范圍廣等特點，本文介紹了一個應用在工業(yè)大功率電源中，作為輔助電源的大范圍輸入多路輸出的高頻開關電源。
2 主電路
主電路的選擇：主電路采用雙管反激功率主電路，首先根據設計要求有多路輸出，所以選擇反激方式，反激的一個優(yōu)點就是能夠較簡單的從一個電源得到多個輸出，其次輸入電壓較高為600V，如果采用單管的方式，在MOSFET關斷的瞬間會承受3-4倍輸入電壓VIN，這樣對MOSFET的電壓要求高，隨之造價就比較昂貴！采用雙管就能避免這個問題,圖1中二極管D19 D31起鉗位的作用，把過剩的能量反饋回電源中，并在MOSFET關斷的瞬間把電壓鉗位在VIN里，這樣對元器件的要求較低，實現起來比較容易！工作中通過控制芯片產生PWM，驅動電路以PWM方式激勵MOSFET，開關管以同步的方式開通關斷，從而將輸入電壓VIN變換成高頻方波交流電壓。變壓器的設計是整個電路的關鍵之一。在設計變壓器時,原邊電感量不能太大,并且磁心中要增加氣隙,否則會出現電流上升率小、導通時間短、電流上升值不大,導致電路沒有能力傳遞所需功率。同時,在設計變壓器時必須認真考慮變壓器的磁飽和瞬時效應。在瞬變負載情況下,當輸入電壓較高而負載電流較小時,如果負載電流突然增加,則控制電路會立即加寬輸出脈沖寬度來提供補充功率。這樣,輸入電壓和脈沖寬度同時變?yōu)樽畲?即使只是一個短暫的時間,但變壓器也會出現飽和,引起失控和故障。這就要求變壓器設計時應按高輸入電壓、寬脈沖進行設計
3 控制電路
（1）PWM脈沖形成及閉環(huán)穩(wěn)壓
為了獲得好的電壓調整率 負載調整率 及系統穩(wěn)定性 本設計采用電流型控制芯片UC3844，其最大占空比為50%，啟動電壓16V，具有過壓保護和欠壓鎖定功能。其基本工作過程如下：
首先，輸出電壓被反饋網絡降壓，然后把這個反饋電壓送入誤差放大器，使之與基準電壓相比較而產生一個誤差電壓信號。脈寬調制部分拾取這個誤差電壓并且把它與功率變壓器的電流相比較并轉化為合適的占空比去控制輸出部分功率脈沖調制的數量。圖2中R16與C14決定系統的工作頻率，在誤差放大器輸出1腳與反饋2腳之間所接C11 C12 R5起到補償作用，D2 D3 C5 C6 R6使UC3844能夠實現軟起動，時間由C5 C6決定，啟動電阻R3由IC啟動電流決定，UC3844結構框圖見圖3
（2）驅動電路
驅動形式的選擇，首先MOSFET開關電壓上升和下降時間完全取決于驅動電路移走柵極電荷的速度，因此選擇低阻抗大電流的驅動，以便使MOSFET能更快開關并減小開關損耗，其次要避免當控制電壓在開和關之間變換時不會產生過沖電流，根據上述選用射極跟隨互補雙極驅動，然后通過一個高頻脈沖變壓器驅動兩路MOSFET 以便隔離 具體電路如圖4
圖4中R153 R154對IC提供電流限制保護，雙反串聯穩(wěn)壓二極管是用來對功率MOSFET的柵源電壓過高保護, 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為+ 12V,R155 R156是用來降低漏源阻抗。
（3）反饋電路
對于開關電源，隔離技術和抗干擾技術是至關重要的，光耦合器的主要優(yōu)點是單向傳輸信號，輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離，抗干擾能力強，使用壽命長，傳輸效率高。所以本設計采用光耦隔離作為反饋回路, 該電路利用輸出電壓分壓后與TL431構成的基準電壓比較，通過光電耦合器TLP521-1二極管－三極管的電流變化去控制UC3844的反饋腳，從而改變PWM寬度，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。參數的確定，例：根據經驗先選取If的電流為0.4mA，R126為330，R125為10K，Rr2為1K的可調電阻，U3為15V，Ur為431基準電壓2.5V，則R124=（U3/Vr-1）R125=50K，
4 結論
本電源采用電流型PWM控制芯片UC3844設計，其具有動態(tài)響應快,頻率響應特性好，精度高，電壓調節(jié)范圍寬,紋波小,系統穩(wěn)定,能很好地滿足工業(yè)電源的要求。
主要技術指標：
輸入：直流400-630V
輸出：5V/0.8A 15V/0.4A 15V/0.5A 15V/0.6A 20V/2A
電源效率：85%
變壓器變比：原邊/副邊 100/3 4 5 5 6
參考文獻
[1 ] 張占松,蔡宣三. 開關電源的原理與設計. 北京:電子工業(yè)
出版社,1998
[2 ]Raymond A.Mack,Jr.著 謝運祥等譯. 開關電源入門. 北京：人民郵電出版社，2007
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