UC3844的多路输出IGBT驱动电源设计

时间:2013-12-14来源:网络

UC3844采用的是峰值电流控制模式,脚3是电流比较器同相输入端,接电流取样信号输入,即电流内环,由R3,Rf以及脚3组成。如图2所示,从脚3引入的电流反馈信号与脚1的电压误差信号比较,产生一个PWM(脉宽调制)波,由于电流比较器输入端设置了1V的电流阈值,当电流过大而使电阻R3上的电压超过1 V(即脚3电平大于1V)时,将关断PWM脉冲,反之,则保持此脉冲。

由于电阻R3检测出的是峰值电流,因此它可以精确地限制最大输出电流,被检测的峰值电流为imax=1/R3。这里上端采样电阻Rf取为1kΩ),下端电流检测电阻R3,取为0.55Ω。滤波电容取为470pF/1.2V的电解电容。

2.3 电压反馈电路设计

采用三端可控基准源TL431反馈误差电压,并将误差电压放大,驱动线性光耦PC817的原边发光二极管,而处在电源高压端的光耦副边三极管得到反馈电压,输入到UC3844的内部误差放大器(脚1和脚2),进而调整开关管的开通、关断时间。

TL431的参考端(REF)和阳极(ANODE)间是稳定的2.5V基准电压,它将取样电阻上的电压稳在2.5V。当输出电压增大,经R10,R11分压后得到的取样电压(即R-A间的电压)大于2.5V时,流过TL431的电流增大,其阴极电压下降,光耦原边二极管发光,传递到副边三极管,进而使得开关管的导通时间减少,从而降低输出电压。

基于上述分析,TL431下端采样电阻为R=2.5V/1mA=2.5 kΩ 。实际的检测电流为I=2.5V/2.7kΩ=0.96mA。TL431分压网络上端的电阻值为

R=(20-2.5)/0.96×10-3=18.22 kΩ (取18 kΩ)

另外,为降低误差放大器的高频增益,TL431的R—C间接入一个22 nF的CBB电容。同时在LED原边二极管两侧并联一个1 kΩ的电阻,它的作用是保证LED导通时电流从零开始增加。


3 实验分析

实验电路主要参数为:5路输出,总的输出功率50 w,每路20 V/0.5 A,开关频率40 kHz,变压器原副边变比5:1,变压器原边电感量3.76 mH,主开关管为IRF840。分别在轻载150Ω和满载100Ω情况下考核了此电路,下面分别就这两种情况给出说明。

图3为开关管的驱动波形,从图2中可以看出,上升沿和下降沿比较陡峭,驱动电平适中,符合要求,有良好的驱动能力;轻载时占空比非常小,满载时稍大,但均远小于50% ,保证了电路工作在完全能量转换方式。

图4为开关管的漏源电压波形,从图3中可以看出,电压尖峰很小,但有一定的过冲,保证了响应速度,说明缓冲电路的设计是合理的;电流断续,当变压器原边电压在理论上降为零时,实际情况是发生振荡,其原因是变压器释放完了所有能量,开关管的漏源电压从较高的值下降到等于输入电压的值的电平上,这一转变激发了谐振回路,它由杂散电容和原边电感构成,从而产生了一个衰减的振荡波形,并持续到开关管再次导通为止。另一方面,从图4中还可明显地看出,电路不论轻载还是满载均工作在完全能量转换方式,而且轻载时的断续时间较满载时的断续时间长,符合反激式变换器的工作原理。

图5为输出电压纹波波形,从图中可以看出,满载时输出电压的纹波除了少数的毛刺,其主要部分小于0.1V,与输出电压(20V)相比,不到其0.5% ,说明此电路的输出纹波很小,达到了设计指标的要求;而轻载时毛刺也很少,工作情况很理想。

4 结语

实验结果表明,本文设计的单端反激式开关电源,具有体积小、重量轻、输出电压纹波小等优点,且稳定性好,轻载和满载均能可靠运行,电网电压浮动时,电源也能正常工作,因此,作为IGBT的驱动电源,达到了满意的效果。另外,实验过程中遇到了以下两个问题,希望能为以后设计反激式电源的同行提供一些帮助:

1)3844的脚1和脚2接的电压反馈电路的逻辑及各个元器件的参数需要仔细推敲。

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关键词: UC3844 多路输出 IGBT 驱动电源设计

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