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30W40V〜300V输入开关电源

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-06-23 0:47:36 * 浏览: 17
本文介绍了一种低功耗电流模式反激式DC / DC转换器的设计和实现,并提出了一种更简洁的储能变压器设计方法。 30W5V / 24V样机设计成功,具有过载,短路能力强,体积小,重量轻等优点。 1简介由于通信站中的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。本文提出了一种具有40V〜300V输入电源范围的辅助电源。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电源电路由于输入电压范围较宽,因此请选择单管反激式拓扑,如图1所示。对于这种结构,必须在主电源开关上添加一个缓冲电路,否则当开关关闭时,泄漏电感能量将不会在任何地方释放,这将导致电压尖峰击穿功率管。常用的缓冲电路包括LCD,RCD和有源钳位。几个缓冲电路的特性被集成。本文使用的RCD缓冲器具有无源和电路简单的特点。 2.2控制方案反激式转换器具有电流源特性,不能开环开路,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,前级反激式转换器的输出端子等效于开路,因此必须进行电压闭环控制被采用,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2.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将误差电压反馈到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储能变压器将电流持续临界状态下的功率设定为总输出功率的1/5,则设(1),则磁密度变化ΔB为ΔB= 2(Bm-B)(2 )of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,。当电流临界连续时,初级电感L1min为is(4)其中:Pomin是临界连续功率,,Ts是开关周期,η是转换效率。储能变压器铁心气隙δ为(5)式中:I1p为一次峰值电流,μ0为真空的磁导率。 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为一次电感电流的平均值,ΔI为原始值2.3整流二极管二极管Q13的电压应力UD5和电流应力ID5分别为其中: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为钳位电压,VOR为次级到初级的反射电压,L1k为初级绕组的漏感,IPK为开关管的峰值电流,工作频率友善。钳位电容器C7为(11)其中:ΔRC为钳位电容器上的脉动电压。 3.5固定负载的选择R29由于高压空载时的占空比非常小,会引起间歇性振荡,因此需要增加固定负载。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原理样机测试设计示例: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实际值略大于计算值,磁芯气隙为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,空载R10取为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,电压稳定度小于0.1%,功率规格满足设计要求,实际使用证明在大输入电压范围内能长期稳定工作。反激转换器具有体积小,重量轻的优点。研制成功的原理样机具有稳定性高,转换效率高,固有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具有一定的应用价值。