开关电源UC3842

发布 2019-07-19 16:05:17 阅读 8237

dc---4辅助电源工作原理及调试说明。

1、设计目的与要求。

1、目的 dc---4主要作为逆变电源的辅助电源。

2、要求通过改变变压器等原件参数,dc---4可适合于几个电压等级输入,如现行用的有24vvvvv(+30%|-30%),而输出不变。

技术指标要求:参见《dc-***--系列直流--直流开关电源技术指标》

2、dc---4工作原理及原件作用。

dc---4是采用隔离式单端反激的多路输出电源。电路结构原理图见图1。

隔离式单端电源是指高频变压器作为主要隔离器件,且变压器磁芯仅工作在其磁滞回线一侧。所谓反激式是指开关功率管vt1导通时,它在初级电感线圈(变压器初级)中储存能量,而当vt1关闭时,初级线圈中储存的能量再通过次级线圈感应释放给负载。

单端反激式变压器的基本模式:

图1图1中电路的工作过程:

当mos管vt1导通时,电流从电池正极经脉冲变压器上端流经脉冲变压器至下端,再从功率管vt1的d极至s极,最后返回至电池负极。电流在流过脉冲变压器时它在变压器初级线圈中做功储存能量。经变压器耦合,使变压器次级产生了一个上正下负的电压,该电压同时使与变压器次级相连接的二极管vd处于反偏压状态,所以二极管vd截止。

在变压器次级回路无电流流过,即没有能量传递给负载。当mos管vt1截止时,因电感线圈的自感电动势作用,电流方向变成了上负下正,经耦合,变压器次级电感线圈中的电压反转过来,即上正下负从而使得二极管导通,初级上电压经二极管整流成为直流单向脉动电压,该电压给输出电容c充电,同时在负载rl上也有了电流il流过。

在整个电源运行系统中,电源系统实施的是个负反馈的过程。例:因某种原因使输出电压上升时,则采样回路把上升的信号采集至系统放大器即uc3842的反向端,经内部的比较后输出一个减窄脉冲的过程,经脉冲变压器传递至次级,使次级的导通等面积相应减小。

从而使输出电压下降。同理,当输出电压下降时,也可理解为一个相反的过程使输出电压上升。

km1-dc4b详细原理参见附录1

该电源根据需求,输出可以有dc24v,48v,110v,220v,330v五种,输出则为标准的12~15v/0.7a一路(vcc1),5v/0.3a一路(vdd)与vss1共地,及12v/0.

3a(或为24v/0.15a)一路(vcc3),24v/0.15a四路(vcc4~vcc6)其中24v/0.

15a一般供给单相全桥主开关管的驱动部分,或三相半桥主开关管的驱动部分,其中三相半桥主开关管因为是共地所以用了一组vcc6供电(该电流应增大至0.3a)。

下面介绍km1-dc4b电路及工作过程。

km1-dc4b有以下9个部分电路组成:

a)输入导向电路部分、

b)输入滤波电路部分、

c)辅助供电部分、

d)驱动脉冲输出主开关管和吸收阻容部分、

e)脉冲变压器部分、

f)次级快速二极管整流部分、

g)输出电压采样反馈。芯片基准稳压、振荡部分、

h)初级功率开关管过载短路保护、斜坡补偿部分、

i)软启动部分、

a)直流输入导向部分:

该部分由d1组成,利用二极管的单向导通作用,使辅助电源只能在正向供电时才能正常工作。如果输入接反,由于输入端有一个导向二极管,输入接反km1-dc4b电源不工作。

b)输入滤波电路部分:

该部分由组成。组成了π复试输入滤波部分,正常工作时,该滤波器有两大功能,可以有效阻止外部供电部分的杂波及浪涌电压进入辅助电源主机。可有效地防止辅助电源内部因开关管高速导通与截至时所产生的强烈电磁谐波辐射干扰外部供电电源,并可减小对外的反灌噪声电压。

c)辅助供电部分:

该部分由逆止二极管d3、快速二极管d4、上偏流电阻r1、脉冲变压器n3绕组滤波电容c7、c8组成。输入一上电时上偏流电阻r1提供给uc3842脚1.5~2ma的启动电流。

使uc3842启动工作,(uc3842启动后,工作电压可在11.5~22v内都可正常工作)并令开关管vt1瞬间导通,这时反馈绕组n3也同时感应出电压,该电压提供输出交流电压并经d4整流滤波至17v,与从流经r1的电流同时为uc3842提供工作电压。当启动瞬间过程完成后(uc3842内部功能决定),uc3842工作电流立即上升为》10ma,这时r1已经输不出这么大的电流,(如没n3绕组提供反馈电压则uc3842内部欠压功能会立即动作而关闭驱动输出)而正好由反馈绕组n3提供输出约17v电压,给uc3842供电,从而完成了一个连续的过程。

而当uc3842启动后,则该集成电路的工作电压在11.5~22v之内可以可靠工作。但在启动完成后的正常工作时,该下限关闭电压为11.3~11.5v。

电阻r1的取值为最低直流输入供电时,使其满足》2ma/17v。当反馈绕组辅助电源正常工作时,此时供电在dc-17v时,要使反馈绕组n3提供的输出电压》11.5v。

如果低于11.5v,会使uc3842欠压保护动作而无驱动输出。此时尽管瞬间d4处于导通,但因电压较低使d3因反偏而截止。

正常工作时所有的供电电流均有绕组n3承担。

d)驱动、脉冲输出主开关管和吸收阻容部分:

由uc3842脚提供驱动输出脉冲,经消振电阻r3接入到vmos功率管vt1的g极。该电阻的大小可控制驱动脉冲前后沿的斜坡及输出的毛刺电压vp-p。电阻阻值大,则前后沿斜率大,vmos功率管易发热,但输出的毛刺电压vp-p会适当减小,对于dc220~330v供电的电源中,r3从22ω增加至75ω时,毛刺电压可减小50~75v左右。

r3可靠的选择范围在22~75ω之间。

吸收电阻r2吸收电容c6,吸收二极管d2组成了vmos主开关管vt1上端吸收回路r15、c15组成了vmos主开关管下端阻容吸收回路。在开关电源中该部分器件一方面可以改变功率管在关断时电流与电压的相移角度,使关断时的电压与电流相交点下移,从而使关断功率可有效的减小,另一方面可以使主变压器在开断瞬间产生的自感电动势,(该电动势全部落在开关管的两端)经电容吸收,从而使开关管两端的电压维持在一定的电压范围内。不使开关管因过电压而造成击穿损坏。

e)脉冲变压器部分:

脉冲变压器b1起到了功率传递和电压变换作用。开关功率管vt1导通时,它在初级电感线圈中储存能量,电流方向是上正下负,而当vt1关闭时,电流方向是下正上负,同时产生很高的自感电动势,(即长指的反峰电压,由上端、下端吸收电路耒解决)。

同理,次级线圈接快速二极管的上端(同名端)为正,二极管导通,初级线圈中储存能量再通过次级线圈感应释放给负载。

f)次级快速整流部分:

vcc1:由d5、r16、c16、c17、l2、c20、r23组成了vcc1(12~15v最大1.5a)的主绕组供电部分。

并联在d5二端的r16、c16是吸收d5的反峰电压,用以防止d5过电压击穿,c17、l2、c20组成了π行滤波电路,用以平滑直流输出。r23是直流主绕组的假负载电阻,可使于该绕组空载时也有一点负载电流,用于稳定整个电源系统工作之用,但电流太大时,会造成整机效率下降。

vdd:由d6、r17、c18、c19、u2、c24、c25组成了vdd(5v/0.3a)的供电部分。

并联在d6二端的r17、c18是吸收d6的反峰电压,用以防止d6过电压击穿,c19、c24、c25组成了前后级滤波电路,用以平滑直流输出。u2是一个输出为5v/1a的三端稳压电路,最大稳定电流为1a。目前只用0.

3a,用于稳定输出。

vcc2:由d9,r24,c28,c29,u3,c30,c31,c32组成了vcc2(12v 0.3a/24v 0.

15a)的供电部分。并联在d9二端的r24、c28是吸收d9的反峰电压,用以防止d9过压击穿,c29、c30组成了前后级滤波电路,用以平滑直流输出,c31、c32用于吸收尖峰毛刺电压。u3是一个输出为12v/1a的三端稳压电路,最大稳定电流为1a。

目前只用0.3a,用于稳定输出。

vcc3:由d10,r25,c33,c34,u4,c35,c36,c37组成了vcc3(24v/0.15a)的供电部分。

并联在d10二端的r25,c33是吸收d10的反峰电压,用以防止d10过电压击穿,c34、c35组成了前后级滤波电路,用以平滑直流输出,c36、c37用于吸收尖峰毛刺电压。u4是一个输出为24v/1a的三端稳压电路,最大稳定电流为1a。目前只用0.

15a,用于稳定输出。

vcc4~vcc6:工作原理同vcc3一样,唯一的区别是vcc6输出为24v/0.3a。

g)芯片基准稳压、输出电压采样反馈、振荡部分:

芯片基准稳压由uc3842的内部稳压功能组成,在uc3842的脚输出稳定的5v精度为2%电压,可提供50ma的能力。可为相应各路提供5v基准电压。

采样反馈由初级端、次极端、以光耦为区分两大部分组成。

初级端由r5,c9及uc3842 脚脚(uc3842内部的高速运算放大器)及r7,r8组成。脚是uc3842内部的高速放大器的输出端,脚是uc3842内部的高速放大器的反向输入端,其中高速运算放大器正向端脚已在uc3842内部接入2.5v基准电压。

r5,c9组成了该高速放大器的反馈补偿部分,用于防止增益过高而导致振荡。r7,r8组成光耦发射极的信号输出端。经光耦传递过来的次级vcc1的工作状态经r7,r8送入uc3842内部的高速放大器的反向输入端脚。

采样反馈次级端由r18,r19,r20,r21,r22,w1,d7,d8,c23组成。其中r18是光耦限流电阻,r19是光耦分流电阻(因为d8,tl431最佳状态是工作在10ma附近,而光耦最佳状态是工作在1.5~3ma附近),r21,w1,r22是vcc1输出采样电阻,r20,c23是并联型三端基准稳压电路d8(tl431)的反馈补偿部分。

调节阻值使tl431的输入端为2.5v,可使光耦发光管导通程度强弱而使光耦三极管部分放大高低,通过r8引入至脚/uc3842内部的高速放大器的反向输入端,最终形成电源系统负反馈而使输出电压稳定。

振荡部分由芯片内部振荡放大器,外围r6振荡电阻、c13振荡电容组成。本机的振荡频率120khz左右。

h)初级功率开关管过载短路保护、斜坡补偿部分:

由串入在vmos功率管vt1上的取样电阻r14和r13,c14组成。该采样采集到的是流过vt1的峰值电流,经r13,r14滤除毛刺电压,经过r9送入到uc3842的脚。正常时为脚<1v。

当过流过载时该电压会超过1.17v,这时uc3842限流功能起作用,导致脚输出脉冲宽度变窄,从而达到输出限流,当采样到的信号电压更大,则导致脚输出脉冲宽度变窄以致关闭驱动输出。

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