準(zhǔn)諧開關(guān)電源的設(shè)計畢業(yè)論文-資料下載頁

　　

【正文】 振頻率，頻率范圍可達(dá) 10kHz1MHz，具有 1A 的驅(qū)動電流，欠壓封鎖等功能。它的最高、最低頻率由 Range，Rmin 和 Cvco 決定，輸出脈沖的最寬和最窄脈寬由 RC 管腳的電阻電容決定。 輸出電壓經(jīng)分壓電阻反饋到 UC3867 放大器反相輸入端，與基準(zhǔn)電壓比較后控制芯片內(nèi)部的壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率。當(dāng)輸出電壓變大時。VCO 輸出脈沖的頻率升高，反之則降低。由式(4)知道，輸出電壓與頻率成正比，開關(guān)頻率的變化達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。零電流準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的另一個重要環(huán)節(jié)是零電流檢測環(huán)節(jié)，電路中用電流互感器實現(xiàn)。主電路中電流信號經(jīng)互感器 T2 加到 UC3867 的 Zero 端，控制內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)輸出實現(xiàn)零電流關(guān)斷。UC3867 輸出的驅(qū)動脈沖經(jīng)變壓器 T3 隔離后加到主開關(guān)上。當(dāng)故障信號出現(xiàn)時．UC3867 封鎖兩路脈沖起到保護主電路的作用。 控制芯片 UC3867 的特點目前使用零電流開關(guān)工作方式的電源很多，其中MC340066就是一個很不錯的零電流控制芯片，但是最近傳來MC340066停產(chǎn)的消息,為了尋求一個替代品,筆者選用了另外一種芯片UC3867,通過實踐應(yīng)用對芯片有了一定的認(rèn)識。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）30Pwr GndSoftRef151623467810故障邏輯控制電壓控制單穩(wěn)態(tài)邏輯編程輸出驅(qū)動基準(zhǔn)5VUVLO5VSig GndVccB OutA Out91513141211FaultNIINVE/A OutRangeRminCvcoZeroRC圖 49 控制器框圖UC3867 的主要特點是：(1)編程 VCO 振蕩器頻率在 10Khz1Mhz 之間。(2)輸出為一對可驅(qū)動功率 MOSFET 的反相蹋騰柱結(jié)構(gòu)，輸出峰值電流達(dá) 1A。(3)具有 ZERO 端，使驅(qū)動脈寬受 ZERO 端輸入信號脈寬的調(diào)制，目的是實現(xiàn)開關(guān)的零電流導(dǎo)通。(4)故障產(chǎn)生后．具有可編程延時再次啟動功能。(5)芯片工作后可產(chǎn)生 5v 的電壓基準(zhǔn)，供內(nèi)外電路使用。(6)根據(jù)欠壓鏇定門限的不同，芯片分為 2 種。門限為 16V／10v，選 UC3865：門限為8V／7V 則選 UC3867。圖 49 為控制器的內(nèi)部框圖，大致可分成 4 個部分：誤差放大及電壓控制振蕩器、ONE SHOT 部分電路、欠壓鎖定與軟啟動部分電路和邏輯驅(qū)動電路，下文將逐一解析各部分電路的組成及功能。 誤差放大及電壓控制振蕩器長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）31單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)E/A OutNIINVRangeRminCvcoZeroRC5V+Imin Irange5V15KVth215KVth112K 3V/2VSRclock圖 410 誤差放大電壓控振蕩器及單穩(wěn)態(tài)部分電路從圖 410 可見，NI 端、INV 端和 E／A OUT 端同內(nèi)部比較器構(gòu)成 1 個誤差放大器電路：電阻 Range、Rmin 和電容 Cvco 構(gòu)成 1 個 Rc 振蕩器，而誤差放大器 E／A 的輸出端直接控制Rc 振蕩器。當(dāng)三極管截止時，電流 Imin 通過電阻 Rmin 向振蕩器供電，產(chǎn)生最低振蕩頻率Fmin （18）vcoCRF??當(dāng)三極管導(dǎo)通時，電流Irange通過電阻Range，電流Imin通過電阻Rmin，同時向振蕩器供電，產(chǎn)生最離振蕩頻率Fmax （19）vcoangeCRF??)/(振蕩電路如圖 411 所示。首先，振蕩器的時基電容 C9放電電路與充電電源分開，設(shè)引腳 7，引腳7。C 9放電通過外接電阻 R19至 7 腳，改變 R19值就可長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）32改變 C9的放電時間，也改變了死區(qū)時間。而 C9的充電電流則是由 R18規(guī)定的電流源決定的。3 腳專為外同步用，對于多個 UC3867 的聯(lián)用極為方便。同步脈沖的頻率要求應(yīng)比振蕩器的固有頻率低些。 圖 411 振蕩電路 單穩(wěn)態(tài)部分電路從圖410看RC端、ZERO端電路部分，有3個比較器電路1個比較器的門限為 ，另外2個比較器的門限分別為： (20))(???? (21)3t外圍電阻、電容Rc和內(nèi)部三極管構(gòu)成1個Rc振蕩器，該振蕩器受CLOCK信號控制．形成1個振蕩器。當(dāng)Clock為l時，三極管導(dǎo)通，電容放電，輸出One Shot為低電平。當(dāng)Clock為0時，三極管截止，電容充電。當(dāng)Zero端輸入信號低于0．5V時(或接地)，RC端充電超過Ⅵn。的1．4V電平，sR觸發(fā)器被觸發(fā)置0，輸出One Shot的脈寬由定時最小脈寬 決定：)(MINPWT (22)CRTMINPW??)(當(dāng)Zero端輸入信號高于0．5V時，需分3種情況：1)當(dāng)Zero端輸入信號脈寬定時最小脈寬 時，只有當(dāng)RC端充電超過Vth1的1．4v)(INP電平，sR觸發(fā)器才被觸發(fā)置0，輸出One Shot的脈寬由定時最小脈寬 決定。)(MINPWT2)當(dāng)定時最小脈寬 Zero端輸入信號脈寬定時最大脈 時，只有當(dāng)Zero)(MINPWT )(I端輸入信號由高至低于0．5V時，SR觸發(fā)器才被觸發(fā)置0,輸出One Shot的脈寬由Zero端輸人信號脈寬決定。3)當(dāng)Zero端輸入信號脈寬定時最大脈寬 時，只有當(dāng)Rc端充電超過vtn的3．2V電)(MINPWT平，sR觸發(fā)器才被觸發(fā)置0，輸出One Shot的脈寬由定時最大脈寬 決定：)(MAXPWT (23)CRMAXPW??)( 欠壓鎖定與軟啟動部分電路欠壓鎖定電路包括2部分：電源Vcc檢測電路和5v基準(zhǔn)發(fā)生器，見圖412所示。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）335VSig GndPwr Gnd5V 發(fā)生器S故障RS重啟RVthOn/off 5VUVLO 輸出端故障 輸出端4VFault20Ω 穩(wěn)壓 5V軟啟動0 或 5μA重啟 20μAVccSoftRef圖412 壓鎖定、故障及軟啟動部分電路該UC3867具有欠壓鎖定功能，其內(nèi)部有2個門限：Vccon門限(sv)和Vcc—off(7V)門限，當(dāng)Vcc電壓商于Vec—on門限，則UVLO信號置0，5V電壓發(fā)生器工作，有驅(qū)動信號產(chǎn)生：當(dāng)Vcc電壓低于Vce—off門限，則UVLO信號置1，5V電壓發(fā)生器關(guān)閉，無驅(qū)動信號產(chǎn)生；同時鎖定故障鎖存器和延時鎖存器，啟動20uA Restart Delay電流源，給Soft—Ref端放電：若5v電壓發(fā)生器有問題，輸出電壓低于4．9V，則UVLO信號置1，無驅(qū)動信號產(chǎn)生。當(dāng)Fault端的故障電平低于3v門限時，故障鎖存器輸出Q端置0，即Fault置0，有輸出驅(qū)動信號產(chǎn)生；當(dāng)Fault端的故障電平超過3v門限時．故障錟存器輸出口端置1．即Fault置1．關(guān)閉輸出驅(qū)動信號；同時延時鎖存器也被觸發(fā)，其Q端置1，啟動20uA Restart Delay電流源，給Soft—Ref端放電，直至Soft—Ref端電平低于0．2V，故障鎖存器和延時鎖存器被復(fù)位，故障鎖存器輸出0端置o，Soft—Ref端放電停止．啟動0．5uARestart Delay電流源，給Soft—Ref端充電，直至Soft—Ref端電平達(dá)到系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓4V；這時若Fault端仍有高于3v的高電平存在，F(xiàn)ault仍為1，無輸出驅(qū)動信號，同時延時鎖存器將再被觸發(fā)，再啟動20uA Restart Delay電流源，再給SoltRef端放電。之后再充電，這種連續(xù)型故障的延時再啟動時間 ： restaT (24))(190???kCTsrresta對于單次故障而言，故障后延時再啟動時間 要長于連續(xù)型，因為放電是從4v開始rest而不是從5v開始，因此單次故障的延時再啟動時間長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）34 (25))(240)(19045?????kCkTsrsrresta若想減短故障延時再啟動時間可在旁路電容兩端并聯(lián)1個≥20KQ的電阻，即可將故障延時再啟動時間限制在近似3倍的 。softar T單穩(wěn)態(tài)故障發(fā)生器UVLOVCCOUT AOUT BPwr Gnd圖413 UC3867邏輯驅(qū)動電路 邏輯驅(qū)動電路圖414為UC3867邏輯驅(qū)動電路，從圖413可見，輸出驅(qū)動為一對反相的圖騰柱結(jié)構(gòu)，騰柱結(jié)構(gòu)的前級是One Shot信號和UVLO、Fault Latch信號構(gòu)成的門電路。當(dāng)UVLO、Fauit Latch信號都置0時，即無UVLO故障和FauIt故障時，在Out A和Out B端產(chǎn)生1A峰值電流的驅(qū)動信號；當(dāng)UVLO、Fault Latch信號有1個置l時，即有UVLO故障或者Fault故障時，在Out A和Out B端將無的驅(qū)動信號產(chǎn)生。UC386UC3867的邏輯驅(qū)動電路和輸出驅(qū)動波形如下：圖414 邏輯驅(qū)動電路長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）35輸出驅(qū)動波形(UC3867)圖415 UC3867的輸出驅(qū)動波形 交流濾波整流輸入的設(shè)計 EMI 濾波器由電感與電容組成的低通濾波器構(gòu)成，安裝在電力線與開關(guān)電源之間，對頻率相對較高的噪聲信號有較大的衰減作用。常用 EMI 濾波器結(jié)構(gòu)如圖 416 所示。圖 416 EMI 濾波器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 416 中，C 1為差模濾波電容，C 2 為共模濾波器電容；L 1為共模扼流圈，L 2為獨立電感。要使 EMI 濾波器有良好的工作特性 ，元件在選材時有很多需要注意的地方。差模濾波電容(C 1)通常選取金屬膜電容，金屬膜電容具有較大的電容值，自諧振頻率在 1～2MHz 之間，對于較低頻率的差模干擾信號有非常好的抑制效果，設(shè)計時通常選取值為 ～1μF。共模濾波器電容(C 2)選用瓷片電容 ，具有高達(dá) 10MHz 以上的自諧振頻率，所以對較高頻率的共模干擾信號有較好的抑制效果，設(shè)計時通常選取值為 2200～6800pF。共模電容因為要進行接地，所以在 C2上會產(chǎn)生漏電流，其計算公式： （26）fcUIid?2?式中，f 為電網(wǎng)頻率(50 Hz)；C 為共模濾波電容，取值 2 C2；U 為 C2 承受的電壓，取值 110 V。出于安全考慮，漏電 流要盡量小，通常應(yīng)小于 1．0mA 。為了取得良好的濾波器效果，共模扼流圈磁心盡量選用起始磁導(dǎo)率高，高頻性 能好的磁心，這樣對共模噪聲有很好的抑制效果。繞制共模扼流圈的時候盡量讓導(dǎo)線均勻包裹住磁心，以減少漏感 ，這樣繞制出的電感線圈與設(shè)計值更為接近。EMI 濾波器在設(shè)計時，需要針對共模干擾與差模干擾不同的截止頻率，分別設(shè)計相對應(yīng)的元件的參數(shù)。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）36其中 Vs,cm為等效噪聲電壓，V o,cm為噪聲信號通過濾波器以后的電平值。 圖 417 共模濾波器等效及簡化電路圖由圖 28 可以得到 EMI 濾波器抗共模部分的截止頻率 的計算式:fcm （27）CLfcm??12? 通過上式可得： （28）f21??????在實際設(shè)計的過程中，首先選定 C2的值，再代入式（26） ，計算出 Iid是否超過安全限定值。濾波器的截止頻率一般要求在開關(guān)電源工作頻率 1／10 附近，通過確定需要配套使用的開關(guān)電源頻率就可以確定抗共模噪聲的截止頻率 。將前面得到的 C2的值及fcm確定的 入式（28） ，可得共模扼流圈 L1的值。 圖 418 差模濾波器等效及簡化電路fc圖 （29）fDMDM??2?在實際的計算過程中，也如同計算共模濾波器的步驟一樣，首先確定需要的 CD M以及的大小，再帶入由式（29）推導(dǎo)出來的式（30）中，計算出 LD M的值。再由式（31）計fDM算出 L2的大小。一般情況下共模扼流圈的漏感取值為自身電感量的 ％～2％。 （30）CfLDMDM122????????? （31）??/漏 感?經(jīng)過上面的步驟以后,可以得到針對不同頻率開關(guān)電源的 EMI 濾波器中所有元件的參數(shù)。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）375 結(jié)論本論文研究以開關(guān)電源為背景，對大功率、高功率密度電源進行了深入的設(shè)計研究。在對高功率密度開關(guān)電源基本情況調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，首先針對設(shè)計的具體研究，對開關(guān)變換器各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以分析和論證，選用適合的結(jié)構(gòu)形式。其次，根據(jù)系統(tǒng)主電路的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求計算各元件參數(shù)，同時與主回路對應(yīng)，設(shè)計出系統(tǒng)的控制電路。最后對所設(shè)計的電源進行調(diào)試分析論證是否達(dá)到設(shè)計指標(biāo)的要求。通過對高功率密度開關(guān)電源的設(shè)計研究，可以