基于UC3845雙管正激開關(guān)電源研究設(shè)計

為了滿足不同工作場合的需要，作為開關(guān)電源技術(shù)重點(diǎn)的拓?fù)渥儞Q器也已經(jīng)發(fā)展出了很多種。其中，雙管正激拓?fù)渥儞Q器具有較低的開關(guān)電壓應(yīng)力，無橋臂直通帶來的高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，使其在通信電源、焊接電源、計算機(jī)電源等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文介紹基于UC3845雙管正激開關(guān)電源研究設(shè)計。

雙管正激開關(guān)電源工作原理

雙管正激拓?fù)渥儞Q器如下圖所示，T1為高頻變壓器，在電路中起到功率轉(zhuǎn)換和電氣隔離的作用。圖2-1所示Lm為變壓器勵磁電感，Lr，為變壓器漏磁，其中Lr相對于Lm而言比較小。高頻變壓器將變換器分為兩部分：初級側(cè)和次級側(cè)，兩者之間電氣隔離，通過變壓器進(jìn)行能量傳遞。在初級側(cè)，Vm表示直流輸入電壓;開關(guān)管Q1和Q2分別串接在初級側(cè)的頂端和底端，它們同時導(dǎo)通或關(guān)斷，其中C1和C2表示功率開關(guān)管的寄生參數(shù)一結(jié)電容：D1和D2為續(xù)流箝位二極管，在開關(guān)管關(guān)斷時用于提供磁復(fù)位回路。在次級側(cè)，D3為整流二極管，需要具有正向壓降小、快恢復(fù)的特性：D4為續(xù)流二極管，用于開關(guān)管關(guān)斷時給儲能電感提供放電回路：Lf為輸出滋波電感，Cf為輸出濾波電容，它們組成LC濾波電路：RL為負(fù)載。

輸入電路設(shè)計

電磁兼容電路設(shè)計

電磁兼容主要由安規(guī)電容和共模電感組成。

安規(guī)電容飛使用是為了即使出現(xiàn)了電容失效的情況也不會導(dǎo)致電擊而危害人身安全。安規(guī)電容包括安規(guī)X電容和安規(guī)Y電容兩種類型，如3-4圖所示，C1和C2為X電容，C3和C4為Y電容。

X電容是跨控在電力線一火線與零線（L-N）之間的電容，一般選用高壓金屬薄膜電容，用于種制差模信母。通常使用兩級X電容，前一級使用0.47uF，第二級使用0.1uP，如果是單級則使用0.47PF：Y電容是分別跨按在電力線和地線之間（L-E，N-E）的電容，選用高壓覺片電容，一般成對使用，開于抑制共模信號。為了不超過相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)限定的地線允許泄洞值，Y電容使用nF級別，不允許超過01PF.

共模電感兩組線圈數(shù)是相|司的，產(chǎn)生兩個大小相同、方向相反的職通量，兩者互相抵消，使磁芯處于無磁偏狀態(tài)。共模電感的電感量一般都取得比較大，磁芯材料通常選用鐵氧體（鎳鋅系和錳鋅系）。它們有很多不同］的形狀，考慮體積和成本的因案，一般選擇環(huán)形磁芯，不僅因為它們成本低，同時環(huán)形磁芯具有較高的有效磁導(dǎo)率，這樣每匝線圈獲得的電感量更大。

共模電感在制作過程中雖然無法完全消除線圈之間的寄生參數(shù)，但是可以通過單層緊密繞制的方式減小寄生電容，提高線圈承受解時過電壓的能力。另外，需要保證線圈與磁芯之間、線圈與線圈之間具有足夠的絕緣級別，這樣不會因為瞬時過電壓導(dǎo)致?lián)舸┒搪?。最后，選擇磁芯材料時需要保證戡芯能夠承受一定程度的解時過電流，否者磁芯會因為飽和而失效。

橋式整流濾波電路

根據(jù)設(shè)計要求，輸入電壓為交流源，雙普E澈拓?fù)渥儞Q器輸入電壓為直流。因此需要先將交流市電轉(zhuǎn)換成直流，考慮到成本和設(shè)計難度，采用最常見的柝式整流電路。整流橋的選擇主要考慮最大輸入電壓和流過的電流。根據(jù)最大輸入交流有效值算輸入電壓峰值，為了留出一定的余量，根據(jù)下式計算。

輸入電流根據(jù)設(shè)計輸出最大功率確定，同樣留出一定的余量，根據(jù)下式結(jié)算

如下圖所示，虛線半波波形即為正弦交流電壓經(jīng)過整流橋之后的電壓波形，再經(jīng)過電解電容C就可到下圖中實線所示波形。由下圖可見，由于電容C的充放電過程，會在輸出高壓直流上疊加一個幅度為AU的脈動電壓。分析可知，如果濾波電容過小，會導(dǎo)致脈動電壓過大，為了輸出電壓穩(wěn)定，則反饋調(diào)節(jié)占空比的范周就需要變大，這會使得環(huán)路增益變高，不利于控制電路的設(shè)計。同時，也會導(dǎo)致直流輸入電壓比較小，則變壓器匝比變小，開關(guān)管電流增大，次級側(cè)整流二極管的反向電壓增大，對暴件的要求更高，成本增加：相反，如果濾波電容過大，濾被之后的直流電玉幅值更大;因此只有輸入電壓大于此直流電壓時才會有電流流過，這就會使得充電電流脈沖變大，增加了EMT，輸入功率因素也會降低。同時大電容意味若體積更大、成本更高。因此，輸入電容的選取比較關(guān)鍵，按下來會對輸入電容充電過程進(jìn)行理論分析，進(jìn)而給出相應(yīng)的計算公式。

輸入電壓為工頻交流市電，頻率為f=50Hz，變?yōu)榘氩úㄐ沃箢l率為f=100Hz。因此，一個周期內(nèi)電源提供的能量應(yīng)與輸入電容充電儲存的能量相等。

因此，可得輸入電容計算公式

進(jìn)行參數(shù)計算時，輸入電壓脈動幅值4U的取值，按照工程經(jīng)驗，一般取最低交流輸入電壓峰值的20%~25%。因此按照如下步要計算輸入電容：輸入最小交流電壓有效值

輸入濾波電路原理圖

反饋控制電路設(shè)計

現(xiàn)代開關(guān)電源的設(shè)計通常需要電流和電壓兩個參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制，其中電壓環(huán)路通常需要采樣輸出電壓。因此，反饋回路的設(shè)計有兩個基本要求：

1.能夠快速的響成輸出電壓的變化：

2、實現(xiàn)初級與次級電氣隔離。

本論文設(shè)計的反饋電路是最經(jīng)濟(jì)、最實用、最可靠的方法之一，其電路設(shè)計下圖所示。其中，TL431此處相當(dāng)于誤差放大器，RC阻容網(wǎng)絡(luò)用于補(bǔ)償：PC817是線性光電耦合器（以下簡稱光耦），主要用于實現(xiàn)電氣隔離。光耦PC817光電三極管集電極輸出管腳連按至UC3845內(nèi)部誤差放大器輸出端，即管腳D：UC3845內(nèi)部誤差放大器反相端即管腳2直接按地。

反饋電路原理圖