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引言 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展。綠色、高效、智能、穩(wěn)定的電源系統(tǒng)已成為當(dāng)代電源系統(tǒng)發(fā)展的主流和趨勢(shì)。開關(guān)電源是一種新型電源變換器。它利用變化電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，從而起到變壓作用。根據(jù)電磁輻射原理，電磁輻射的能量與頻率f有關(guān)，頻率越高，能量越大。因此，如將變壓器開關(guān)頻率提高，則在相同功率下，變壓器體積變小，電源效率增高;而在開關(guān)電源體積減小、效率增高的同時(shí)，又要保證電源系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定性和安全性，這就要求在開關(guān)電源輸出上必須加上保護(hù)措施，以防止過壓和過流，從而保護(hù)后繼用電器。 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)通常包括電路設(shè)計(jì)和磁路設(shè)計(jì)兩部分，電路的設(shè)計(jì)包括輸入電路、PWM控制電路、輸出電路和過壓過流保護(hù)等;磁路的設(shè)計(jì)主要包括高頻隔離變壓器等。本文以MC3423為輸出過壓保護(hù)電路，給出了一種反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。 電路設(shè)計(jì) 1輸入電路設(shè)計(jì) 若輸入電壓一般為AC180V～260V。一次整流濾波后的空載峰值電壓為直流253～368V，交流電流頻率為50Hz，每個(gè)線路同期的能量Ein為： 
UC3842型PWM控制器是一款保護(hù)功能比較完善的集成電路，它采用DIP8封裝。具有輸入過壓保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)、輸出過流保護(hù)等功能。而且過流保護(hù)是用逐個(gè)脈沖限流保護(hù)方式與過流關(guān)閉保護(hù)方式共用，通過不同閥值比較器實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)過載時(shí)，這些比較器將短路PWM輸出脈沖，同時(shí)打開慢啟動(dòng)晶體管，并慢啟動(dòng)電容放電，從而保證故障消除后系統(tǒng)能夠正確的重新啟動(dòng)，UC3842的PWM產(chǎn)生電路如圖2所示。
MC3423是實(shí)現(xiàn)OVP檢測(cè)的專用芯片。MC3423一般和晶閘管(SCR)配合使用來構(gòu)成過壓保護(hù)電路(OVP)。OVP用于保護(hù)監(jiān)視電路，以避免其由于過壓或穩(wěn)壓器故障而造成損壞。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生過壓時(shí)，過壓檢測(cè)器將觸發(fā)SCR導(dǎo)通而短路系統(tǒng)電源，迫使電源進(jìn)入限流狀態(tài)或通過燒斷保險(xiǎn)絲來斷開系統(tǒng)供電。保護(hù)電壓閾值可通過外接分壓電阻來決定。為了避免被監(jiān)視電壓由于噪聲而導(dǎo)致OVP誤動(dòng)。引起保護(hù)動(dòng)作的最小持續(xù)時(shí)間可通過外接電容來調(diào)整。過壓保護(hù)電路的作用是在輸出電壓超過設(shè)計(jì)值時(shí)，把輸出電壓限定在安全范圍內(nèi)。MC3423主要由兩個(gè)比較器、一個(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、一個(gè)恒流源電路和驅(qū)動(dòng)三極管組成，MC3423的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列如圖3所示。其引腳功能如下： Vec：芯片供電端，電壓為4.5～40V; Sense1：第一個(gè)比較器反相輸入端，可通過分壓電阻接被監(jiān)視電壓，引腳正常輸出電壓為2.3～2.8V： Sense2：第二個(gè)比較器同相輸入端，與電流源輸出腳(腳4)相連，引腳正常輸出電壓為2.3～2.8V; CurrentSource：電流源輸出，引腳正常輸出電流為0.1～0.3mA; RemodeActivation：遠(yuǎn)程作用輸入，第二個(gè)比較器強(qiáng)制作用腳，引腳電壓應(yīng)大于14V; IndicatorOutput：過壓指示，三極管集電極開路輸出腳，使用時(shí)外接上拉電阻; VEE：接地端; DriveOutput：過壓輸出驅(qū)動(dòng)引腳;當(dāng)檢測(cè)到過壓后，第8腳觸發(fā)外接SCR導(dǎo)通，該引腳采用射隨輸出。
其一是當(dāng)輸出感應(yīng)檢測(cè)電壓接Sense1(2腳)時(shí)，3腳和4腳須短路，如檢測(cè)到輸出過壓，8腳輸出電壓將觸發(fā)SCR導(dǎo)通; 其二是當(dāng)輸出感應(yīng)檢測(cè)電壓接Sense2(3腳)時(shí)，3腳和4腳須斷路，此時(shí)如檢測(cè)到輸出過壓，8腳輸出電壓將觸發(fā)SCR導(dǎo)通。 MC3423的OVP應(yīng)用電路如圖4所示。
許多情況下，MC3423都用于噪聲復(fù)雜的環(huán)境，為防止假過壓保護(hù)而影響負(fù)載的正常運(yùn)行，可利用MC3423具有的可編程延遲功能，來在MC-3423的3腳和4腳接陶瓷電容到地，并通過電容充放電來檢測(cè)是否由噪聲引起的過壓保護(hù)。如果電容未放電完，過壓狀態(tài)已消失，即認(rèn)定是由于噪聲引起的過壓，此時(shí)電路不產(chǎn)生動(dòng)作。 磁路設(shè)計(jì) 高頻電源變壓器一般有功率傳送、電壓變換和絕緣隔離三個(gè)功能。功率傳送有兩種方式：第一種是變壓器功率傳送方式，即加在原邊繞組的電壓在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副邊繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而使功率從原邊傳送到副邊;第二種是電感器功率傳送方式，也就是在原邊繞組輸入電能使磁芯激磁并轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來，然后通過去磁使副邊繞組感應(yīng)電壓，并變成電能釋放給負(fù)載。高頻變壓器通過原邊繞組和副邊繞組匝數(shù)的不同，可實(shí)現(xiàn)原邊和副邊電壓的隔離。 設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，第一步是計(jì)算變壓器初級(jí)電感峰值電流。假設(shè)δmax=0.25，輸入的交流最低電壓為180V，那么Vinmin="180x1".4-22=230V，22V為輸出電壓紋波和整流器的壓降。則變壓器初級(jí)峰值電流：
接下來第二步是確定最小占空比δmin，然后是計(jì)算變壓器初級(jí)電感量
整體電路設(shè)計(jì) 該電路設(shè)計(jì)可分為四部分：輸入電路、PWM控制電路、輸出保護(hù)電路和直流輸出電路，圖5所示是整個(gè)開關(guān)電源電路的原理圖。其中輸入電路直接可將交流220V/50Hz整流濾波成為300V直流電壓，然后通過開關(guān)管MTP3N60將高頻變壓器初級(jí)300V直流電壓逆變成高頻方波并由整流二極管1620和濾波電容再次整流濾波以輸出DC+5V和DC+12V。其中PC817、TL431屬于輸出反饋回路，當(dāng)輸出過大時(shí)，TL431導(dǎo)通，光耦PC817也隨之導(dǎo)通。從而控制UC3842第2腳的輸入電壓，而反饋輸入電壓則可改變UC3842第6腳輸出的PWM信號(hào)占空比，從而控制次級(jí)輸出平均直流電壓以使之達(dá)到穩(wěn)定。MC3423為過壓保護(hù)電路，過壓時(shí)，MC3423第8腳的輸出電壓將觸發(fā)SCR2N6400導(dǎo)通，從而起到分流作用以保護(hù)負(fù)載。
測(cè)試時(shí)，先給UC3842外加16V電源，以測(cè)試PWM系統(tǒng)是否起振，然后觀測(cè)第4腳是否輸出2.5V平均直流電壓(為頻率68kHz±1O%的鋸齒波)，之后，可將變壓器初級(jí)輸出引腳斷開，測(cè)試300V直流電壓。此時(shí)連接UC3842第7腳Vcc的電壓應(yīng)為16V;接著測(cè)試變壓器+5V輸出端是否有30V/70kHz左右的脈沖電壓和+12V輸出端是否有46V/140kHz左右的脈沖電壓;再給輸出端加+12V可變直流電壓，測(cè)試MC3423第8腳，調(diào)整直流電壓略高于+12V。再次測(cè)試MC3423第8腳的輸出;然后再給輸出端加+5V可變直流電壓，測(cè)試PC817各引腳電壓，調(diào)整直流電壓略高于+5V，再次測(cè)試PC817各引腳電壓;下來將整機(jī)電路連接完整，確認(rèn)無誤時(shí)可短時(shí)間加電，斷開交流電源，檢查集成電路、三極管、二極管是否由發(fā)熱現(xiàn)象，電解電容是否有發(fā)熱或突起現(xiàn)象，如有則須查明原因并更換元器件。 該電路的測(cè)試結(jié)果為：當(dāng)輸出+5V時(shí)，紋波為37mV，輸出+12V時(shí)的紋波為66mV，線性調(diào)整率為0.0085%/V，負(fù)載調(diào)整率為1.785%/A。加上負(fù)載后測(cè)試，其+5V輸出的最大電流為2.86A，最高效率為95.3%;+12V輸出時(shí)的最大電流為2.81A，最高效率為93%，設(shè)計(jì)通過。 結(jié)束語 本文分電路和磁路兩部分給出了一種基于MC3423的OVP反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)給出了整個(gè)開關(guān)電路的電路圖和測(cè)試結(jié)果。根據(jù)測(cè)試結(jié)果證明，本設(shè)計(jì)可以滿足設(shè)計(jì)要求。 |
