UC3844的多路輸出IGBT驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄娫吹捏w積、重量、效率等方面提出了越來(lái)越高的要求。單端反激式變換電路由于具有體積小、重量輕、效率高、線路簡(jiǎn)潔、可靠性高以及具有較強(qiáng)的自動(dòng)均衡各路輸出負(fù)載的能力等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于設(shè)計(jì)大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的輔助電源或功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電源。

開(kāi)關(guān)電源的控制電路可以分為電壓控制型和電流控制型，前者是一個(gè)單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，在其控制過(guò)程中，電源電路中的電感電流未參與控制，是獨(dú)立變量，開(kāi)關(guān)變換器為二階系統(tǒng)，而二階系統(tǒng)是一個(gè)有條件的穩(wěn)定系統(tǒng)；后者是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電感電流不再是一個(gè)獨(dú)立變量，從而使開(kāi)關(guān)變換器成為一個(gè)一階無(wú)條件的穩(wěn)定系統(tǒng)，因而很容易不受約束地得到大的開(kāi)環(huán)增益和完善的小信號(hào)、大信號(hào)特性。為此，應(yīng)用電流控制型芯片(峰值電流控制)UC3844設(shè)計(jì)了一種大功率高頻開(kāi)關(guān)電源功率開(kāi)關(guān)(例如IGBT)驅(qū)動(dòng)電源，其主要技術(shù)指標(biāo)為：5路輸出(各路均為20V/0.5A)；輸出電壓紋波±0.5% ；工作頻率為40kHz；輸入交流電壓范圍(1±10%)220V。

1 主電路設(shè)計(jì)

1.1 主電路拓?fù)?/p>

圖1是所設(shè)計(jì)電源的原理圖，主電路采用單端反激式變換電路，220 V交流輸入電壓經(jīng)橋式整流、電容濾波變?yōu)橹绷骱螅┙o單端反激式變換電路，并通過(guò)電阻R1、C2為UC3844提供初始工作電壓。為提高電源的開(kāi)關(guān)頻率，采用功率MOSFET作為功率開(kāi)關(guān)管，在UC3844的控制下，將能量傳遞到輸出側(cè)。為抑制電壓尖峰，在高頻變壓器原邊設(shè)置了RCD緩沖電路。

1.2 變壓器設(shè)計(jì)

變壓器是開(kāi)關(guān)電源的重要組成部分，它對(duì)電源的效率和工作可靠性，以及輸出電氣性能都起著非常重要的作用。在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮轉(zhuǎn)換功率容量、工作頻率、主電路形式、輸入和輸出電壓等級(jí)和變化范圍、鐵芯材料和形狀、繞組繞制方式、散熱條件、工作環(huán)境和成本等各方面的因素。而單端反激式變換電路中的變壓器既有電抗器的功能又有變壓器的工作特性，因而它的設(shè)計(jì)方法有它的特殊性。

如圖1所示，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)管受PWM脈沖激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí)，直流輸入電壓施加到高頻變壓器的原邊繞組上，在變壓器次級(jí)繞組上感應(yīng)出的電壓使整流二極管反向偏置而阻斷， 此時(shí)電源能量以磁能形式存儲(chǔ)在電感中；當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，原邊繞組兩端電壓極性反向，副邊繞組上的電壓極性顛倒，使輸出端的整流二極管導(dǎo)通，儲(chǔ)存在變壓器中的能量釋放給負(fù)載。
根據(jù)技術(shù)指標(biāo)的要求，輸入功率約為62.5W，則原邊峰值電流為:

I_pk=2P_o/(V_in(max)D_max)=0.69A (1)

式中：Po為輸出功率，50W；

V_in(max)為交流電壓的最大值(取240V)經(jīng)過(guò)整流后得到的直流電壓的數(shù)值，取288V；

D_max為最大占空比，取0.5。

變壓器的初級(jí)電感量為:

Lp=V_in(max)×D_max/(I_pk×f)=4.02 mH (2)

式中：Vin(max)為交流電壓的最小值(取185V)經(jīng)過(guò)整流后得到的直流電壓的數(shù)值，取222V；

Dmax為最大占空比，取0.5；

f為工作頻率，40 kHz。

利用AP法選擇最小尺寸的磁芯

Ae×Ac=Lp×Lpk×10⁶/(j×K_e×K_c×△B_max) = 15.7×10³mm⁴ (3)

式中：Lp為前面計(jì)算的變壓器初級(jí)電感量；

Ipk為原邊峰值電流；

j為電流密度(A/mm²)，這里取為3；

Ke為鐵芯截面有效系數(shù)，選用鐵氧體鐵芯，Ke=0.98；

Kc為鐵芯窗口的有效利用系數(shù)，取0.3；

△B_max為磁通密度的最大變化量，取0.2

據(jù)此可選EI33型磁芯，其Ae=9.7×12.7=123.19mm²