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30W40V〜300V输入开关电源

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-05-14 1:03:48 * 浏览: 4
介绍了一种低功耗电流模式反激式DC / DC变换器的设计与实现,提出了一种更为简洁的储能变压器设计方法。 30W5V / 24V原型机已成功设计开发,具有过载和短路能力强,体积小,重量轻等优点。 1引言由于通信站中有220V和48V电池备用电源,许多控制设备都需要220VDC / DC和48VDC / DC双辅助电源,因此本文提出了40V〜300V的宽范围输入辅助电源。由于反激转换器具有电路拓扑简单,输入电压范围宽,输入和输出电隔离以及体积和重量小的优点,因此将其用作此电源电路拓扑将减少辅助电源的体积和重量,从而满足使用要求。 2电流模式控制反激式DC / DC转换器2.1电源电路因为输入电压范围很宽,所以选择了单管反激式拓扑,如图1所示。对于这种结构,必须在主电源上增加一个缓冲电路否则,当开关关闭时,漏感能量将不会释放,这将导致电压尖峰击穿功率管。常用的缓冲电路有LCD,RCD和有源钳位等,结合了几种缓冲电路的特性,本文采用RCD缓冲器具有无源,电路简单的特点。 2.2控制方案反激转换器具有电流源的性质,开环不能开路,否则输出电压极高。用作静态转换器的直流母线,当关闭后级逆变器桥的功率管时,前级反激转换器的输出等效于开路,因此必须进行电压闭环控制使用时,系统性能采用电流型控制技术。这种电流和电压双闭环控制使系统具有快速瞬态响应,高稳定性和固有限流能力的优点。 2.3电路组成所开发的30W原型电路如图2所示。整个电路的核心是UNITRODE的电流模式PWM芯片UC3843,该芯片主要用于设计100W以下的低功率开​​关电源。 Q5用作发射极跟随器以取出UC3843的锯齿波,R6采样主开关管的电流信号,R14和R17叠加电流信号和锯齿波以进行斜率补偿,以消除电流控制调节器的作用周期大于50%在固有的次谐波振荡期间,R14和R17之比可以确定斜率补偿的深度。 Q14是参考电压源和误差放大器,光电耦合器Q11将误差电压反馈回UC3843,形成电压闭环,同时确保电气隔离。 2关键电路参数设计2.1储能变压器当电流连续达到临界值时,将功率设定为总输出功率的1/5,则(1)ダ则磁密度的变化量ΔB=ΔB= 2(Bm-B)( 2)初级匝数N1为(3)其中:Uimin是最小输入电压,tonmax是开关管的导通时间,。当电流为临界连续功率时,初级电感L1min为(4)其中:Pomin为临界连续功率,Ts为开关周期,η为转换效率。储能变压器铁心气隙δ为(5)其中:I1p为一次峰值电流,μ0为真空渗透率。 2.2功率开关管开关管的电压应力UDS和电流应力I1p分别为:其中:I1avg是初级电感器电流的平均值,ΔI是原始值。2.3整流二极管二极管Q13的电压应力UD5和电流应力ID5分别为:I2pk是次级峰值电流。 2.4 RCD钳位电路钳位电阻R2的公式为:Vc是钳位电压,VOR是从次级到初级的反射电压,L1k是初级绕组的漏感,IPK是开关管的峰值电流,工作频率。钳位电容器C7为(11)其中:ΔRC是钳位电容器上的脉动电压。 3.5固定负载的选择R29由于在高压空载时的占空比非常小,并且会如果导致间歇性振荡,则需要增加固定负载。其值在调试期间确定。在稳定系统的前提下,电阻值越大越好。 4.原理样机测试设计实例:额定输出功率30W,输入电压40-300V,输出电压24V / 5V,开关频率96kHz,储能变压器铁芯EC28,绕组匝数N1 / N2 = 73/12,N2实际值是略大于计算值,核心气隙为1.2mm,占空比为0.6,钳位电阻R2为43KΩ,钳位电容器C7为0.01μF,钳位二极管Q5为FR107,整流器Q13为1N5820,已死负载R10为51Ω。 5结束语根据本文设计的开关电源,当输入为40〜300V时,电源效率大于85%,输出纹波小于100mV(VP-P),则5V输出可以提供2A的输出电流,电压稳定性小于0.1%,电源规格满足设计要求,实际使用证明在大输入电压范围内可以长期稳定工作。反激转换器具有体积小,重量轻的优点。成功开发的原理样机具有高稳定性,高转换效率,固有的过载和短路电流限制等综合性能,在大输入电压范围的应用领域中具有一定的应用价值。