反激变换器辅助电源地设计.docx

1、反激变换器辅助电源地设计辅助电源部分辅助电源设计采用UC3842A芯片，具体设计过程如下1、 功能指标参数交流输入电压范围：Vin =90 265V电网电压频率：fr = 40 60 Hz最大输出功率：Pout =30W输出电压：Vo 15V效率：n =85%开关频率：fs= 60kHz2、 电路原理图图1反激变换器电路原理图3、主电路参数设计3.1变压器设计（1）根据AP值选择磁芯面积乘积AP为绕组窗口面积（AW和磁芯横截面积的乘积（Ae）。同时，将AP 值与输入功率联系在一起，可以得到以下公式：厂 14311 1 pAP = . cm4lfsB*Kp*Ku*Kt 丿其中，Pin是额定输入功

2、率； B为磁通密度变化量，一般为 0.2T ;&为磁芯窗口有效使用系数，一般取 0.20.4 ;为绕组填充系数，一般取0.40.5 ;K为均方电流系数，等于直流输入电流与最大原边电流的比值， 一般取0.71.4 ；K =Kp*Ku*K为铜有效利用系数，一般取 0.10.2磁芯，AP = 1.5854cm4， A = 118.5mm2， Aw = 133.79mm 2。 (2)原副边匝数计算输入平均电流：為 巫 =30 0.27(A)r*Vin (mi n) 0.85T27其中：Vmin)为最小直流输入电压，Vin (min) = 90*2 -1.0 127V ；输入电流峰值大小：其中：p1k

3、，根据经验，当 P40W寸，K=0.50.6 ;当 P40W寸，K=0.350.45 。I p2本设计中，PDss 开关管最大耐压为钳位电容：Vclamp 139-Vclamp R fs 一 0.02 139 16K 60K - . (U)；Ilk变压器漏感值;折中考虑钳位能力和钳位电阻上的功率损耗，最后确定取值R2=10K/3W的金 属膜电阻，取G1=0.1uF/600V的薄膜电容，二极管选取快恢复二极管FR307耐 压700V,能持续流过2A电流；3.10芯片供电启动与供电电路如图 所示，查阅TI公司出产芯片UC3842A芯片启动电压 大于等于16V,启动电流大于等于1mA,这里选择为2m

4、A则启动电阻R卄占=歸56 -，芯片启动后电路开始工作，这时候芯片供电 就由辅助绕组提供，计算方法与反激变换器普通输出计算方法相同。图(4) 启动与供电3.11控制电路参数设计(1)反馈采样电阻设计反馈采样部分电路如图(5)所示，TL431基准电压为2.5V，则分压到TL431 参考端的电压应为2.5V左右，由TL431数据手册可知，只要流入 TL431参考端 的最大电流小于2uA,则不影响电路正常工作，经分析知只要I 1大小为250uA到 几毫安范围内，则不会影响结果的正确性，这里经过计算取 R110_仁10,2 8KRp1=5, R17=2,此时 I1 大小为 15/(17K)0.88mA

5、,15V 仝仝:2.5V，满17K足要求。图采样电路(2)光耦隔离部分参数设计光耦隔离电路如图(6)所示，光耦部分与uc3842补偿部分一起构成整个电路 控制器部分，这里选取R17为1KQ,图中，R10和R11的作用是给TL431提供工 作电流并能确保光耦原副边有适当电流，即 店有适当电压，为2.5V左右(因为uc3842的参考电压为2.5V)，以保证电路正常工作；由TL431数据手册可知，其 最小阴极电压和工作电流分别为 2.5V和1mA因此R10和R11的设计要满足一 下条件：FBVo -Vd -2.5R10式中，Vd为光耦二极管正向压降(通常为1V), Ifb*R17为Vfb提供适当电压

6、，这里Ifb取 1mA 则可得到 R1g 1.5KQ, R11 1KQ,这里取 R10=470Q, R11=1; 图中C12与FUppe形成一个零点，零点频率比所设计的剪切频率小，控制电路中 剪切频率取为开关频率的1/101/20，这里取开关频率1.5KHZ,零点频率趣取为1KHz 即 1/(2：*C12* Rupper) =1K，FUppe=14.2KQ，则可计算得 C12为 10nF。图(6)光耦隔离电路(3)振荡电路参数设计根据TI公司给出的UC3842A芯片资料，考虑CT值不宜过大取CT=4700PF 选取SR公司出产的 WIMAt容，电阻RT=5.6K,即就是R7=5.6K, C9=

7、4700PF由1 75fs二一得出振荡频率fs =66.5kHZ，符合设计要求。CtRt(4)控制器参数设计根据系统的闭环传递函数，可以判断该系统是否稳定。一般情况下，只要设 计适当的补偿网络，使系统闭环回路增益的相位裕量为 45度以上，并以-20dB/dec的斜率穿过剪切频率，就可以保证系统稳定工作。补偿网络的类型由系统 的传递函数和补偿要求来决定，采用峰值电流控制的 flyback变换器的闭环传递函数框图如图(8)所示。图(8)反激变换器闭环系统传递函数框图图中Gveo(s)包括了调制器和占空比到输出部分的传递函数， H(s)是采样部分传递函数，各个传递函数的表达式如下：Gveo(s)=f

8、s/(2Lp) LP /(Vn R) Vceo(S)控制框图中，将uc3842补偿部分和光耦隔离部分作为控制器部分， 在交流小信号分析中，这里将采样部分也归入控制器设计中，则补偿前回路增益函数为：Gveo(s) VoS) Vin .(Ro fs/(2LP) LP/(Vin Rs)/3VcEO ( S)82u 65 10_6s 13 3127 0.25 4.125 10 s 1 其极点频率为f p=38Hz,零点频率为fz=2.5KHz,由Gs)可知：1G/es)的低频段直流增益偏低，为了提高直流增益，可以在补偿网络中 引入一个积分环节；2G/e4s)含有一个极点，它会引起相位滞后。因此补偿网络

9、应该一个零点， 用来抵消极点对相位滞后的影响。3为了使补偿后系统的高频增益迅速衰减，要求补偿网络除含有一个零极 点外，至少还要含有一个非零极点。综上分析，补偿网络需包含一个零点，一个零极点和一个非零极点，等效电路如 图(9)所示，对应的传递函数为Gc(s)=VcEO ( S)Vo(s)R2 R2 C1 s 1R1 R2 C1 s1R2 C2S 1由于在本设计中uc3842的补偿部分和光耦隔离部分组合形成 PI调节器，光耦部分的传递函数(电路如图 所示)为:Gc1 (s)_ vfb (s) ctr R17 Nipper C2s 1Vo(s) R10 Rjpper C12s这里CTF是光耦电流传输

10、比，PC817C勺CTR=24这里取值为3,则Gd(s) =CTR 空 “ppeR C12S 1(1)VO(S) R10 Rjpper C12s1 142 10s 10.47 142 10s系统补偿前回路增益函数的BOD图如图(10)所示；根据采样定理，为了保证系统 稳定，补偿后截止频率fc必须小于开关频率fs的一半。实际上为了更好地消除开 关频率上的纹波，通常将fc取为开关频率的1 /101 /20，由图(9)可知，在 f=1K2.5K段内，增益斜率为-20dB /dec，为补偿方便，故选取截止频率 fc=1.5kHz。由于uc3842的补偿部分和光耦隔离部分共同组成 PI调节器，又由(1)

11、式 和图(9)可得，uc3842的补偿部分只需要一个直流增益为1的单极点，电路如图(11) 所示，其传递函数为：R4Vref图(11) UC3842 补偿电路这里，选取R18=100，极点频率只要比 仁大，比开关频率的1/2小就行, 这里选取为极点频率为10KHz则由此可得C8=150PF补偿网络等效传递函数为:-90 -135 -180 I :0 110 10图(12)补偿网络和补偿前后系统 BOD图图(12)绘出了补偿网络和补偿前后系统的波特图。 由图可见，补偿后系统的低频 增益提高，中频带变宽，高频增益迅速衰减；并且以20dB /dec的斜率穿越剪 切频率，与设计期望一致；同时相位裕量为

12、78度左右，达到了系统的稳定要求。元件清单:CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity104/1000VC31RAD0.3CAP1Cap Pol1Polarized Capacitor(Radial)C32RB5.0/10Cap Pol110.1U/630VC33RAD0.4CAP11uF/630VC34RAD0.4CAP1100uF/450VC35RB10/22ELECTOR11CapCapacitorC36RAD-0.3Cap1CapCapacitorC37RAD-0.4Cap10.1U/275VC38, C39RAD0.4CAP

13、2104C40RAD0.4CAP1Cap Pol1Polarized Capacitor(Radial)C41RB2.0/5Cap Pol11104/275VC42MPF191408-104V400CAP1102C43RAD0.2CAP1104C44RAD0.2CAP1CapCapacitorC45RAD-0.2Cap11uFC46RAD0.4CAP1472C47RAD0.2CAP1FR207Default Diode,DiodeD9, D10DIODE0.4Diode2LEDOTypical INFRAREDGaAs LEDD11LEDLED01FR107DiodeD12DIODE0.4DI

14、ODE1D ZenerZener DiodeD13DIODE0.4D Zener1250V/2AFuseF2保险丝Fuse 21CON2J3接线柱2孔，绿色CON21InductorInductorL3AXIAL0.7Inductor1TRANS1L4UU10.5TRANS11CommentHeader, 2-PinP3接线柱2孔，绿色Header 21IRF840N-Channel PowerMOSFETQ5TO-220ABNMOS-21NTC9-5.0R33AXIAL0.4VARISTOR1Res2ResistorR34, R40, R42, R44, R46,R47AXIAL-0.4Re

15、s26100K/3WR35AXIAL0.7RES21Res2ResistorR36AXIAL-0.7Res215.6KR37AXIAL0.4RES21470R38AXIAL0.4RES21100KR39AXIAL0.4RES2120/2WR41AXIAL0.6RES2110kR43AXIAL0.4RES211.0 /2WR45AXIAL0.7RES21RPotPotentiometerRp1VR5RPot1RES2T4EI3301(6+6L)BYQ1KBL206Diode BridgeU6RS2100BRIDGE11UC3842U7DIP8UC38431PC817OptoisolatorU8DIP4-9.0OPTOISO11TL431U9TO-126TL43111