- UC3901控制器的功能特點(diǎn)
- 磁隔離反饋式高壓電源的設(shè)計(jì)要求
- 相關(guān)的電路設(shè)計(jì)
為了提高高壓電源系統(tǒng)的可靠性，減小高壓電路對(duì)低壓電路的影響，高壓與低壓電路應(yīng)當(dāng)相互隔離。常用的隔離方法是：功率主電路采用變壓器隔離，反饋控制電路采用光耦隔離。這樣的隔離設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單可靠，應(yīng)用范圍廣。但在高可靠的應(yīng)用場(chǎng)合(如抗輻照)或隔離要求較高(如2500 V以上)的場(chǎng)合，光耦隔離就顯得力不從心了，這時(shí)的磁反饋隔離是一種比較合適的控制電路隔離方法，本文將介紹采用UC3901控制芯片的磁反饋、小型化高壓電源模塊的設(shè)計(jì)方法。
1 UC3901控制器的功能特點(diǎn)
UC3901是TI公司生產(chǎn)的隔離反饋發(fā)生器。利用UC3901和隔離變壓器以及整流濾波電路一起，可以很方便的實(shí)現(xiàn)DC／DC電源中控制電路的磁隔離反饋功能。UC3901內(nèi)部主要有電壓基準(zhǔn)、放大器電路、振蕩電路、幅度調(diào)制電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路。UC390l的工作電壓范圍可以達(dá)到4.5 V～40 V，在工作電壓低于4．5 V時(shí)，器件的輸出是閉鎖的，這樣可以防止出現(xiàn)誤操作。該器件可以直接作為放大器的基準(zhǔn)信號(hào)。由于該芯片自帶振蕩電路，所以，工作時(shí)無(wú)須外加振蕩電路就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)幅信號(hào)的輸出，該自帶振蕩電路在需要時(shí)還可以方便地與外部電路的振蕩信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步，從而滿足系統(tǒng)中的特殊要求。調(diào)幅電路的輸出端具有15 mA的電流輸出能力，吸電流能力為700μA，如果要擴(kuò)展吸電流能力，還可以外接擴(kuò)流電阻。
2 磁隔離反饋式高壓電源的設(shè)計(jì)要求
本文給出采用UC3901磁隔離反饋控制器進(jìn)行小型高壓電源的設(shè)計(jì)方法，該電源的設(shè)計(jì)要求如下：輸入電壓(V)：20～32；額定電壓(V)：22；輸出電壓(V)：300±10；輸出電流(mA)≤20；紋波(mV)：≤1500；效率(η)：≥75%；電壓調(diào)整度(V)：≤2；負(fù)載調(diào)整度(V)：≤5；輸出電壓過(guò)沖≤10%；輸出電壓延遲≤30ms。
3 電路設(shè)計(jì)
磁隔離反饋高壓電源的原理，輸入濾波電路采用的是LC無(wú)源濾波電路，功率變換電路采用的是推挽變換電路和功率變壓器隔離設(shè)計(jì)，輸出整流采用的是倍壓整流電路，輸出濾波采用的是電容濾波，必要時(shí)可以加入LC二次濾波，磁隔離反饋控制電路采用了磁隔離控制電路(UC3901)、磁隔離變壓器和整流濾波電路組成，PWM推挽控制電路采用UC3525進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.1 PWM電路設(shè)計(jì)
這個(gè)高壓電源的PWM主控芯片采用推挽控制芯片UC3525，該芯片的1腳接反饋控制信號(hào)，內(nèi)部是比較放大器的反向輸入端，2腳內(nèi)部是比較放大器的正向輸入端，外部則通過(guò)電阻R19、R4設(shè)置放大器的基準(zhǔn)比較電壓，該電壓的值應(yīng)該小于反饋控制信號(hào)的最大值，由于本設(shè)計(jì)中的磁隔離反饋?zhàn)儔浩鞯脑驯仁?：1，反饋控制信號(hào)的最大值是2 V，所以2腳的電壓設(shè)置為1．8 V。C4、R5分別是振蕩電容和振蕩電阻，它們決定了UC3525的工作頻率，R15、C10是比較放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)，11腳和14腳是PWM信號(hào)輸出端，通過(guò)兩個(gè)電阻R5、R7分別接到主電路的兩個(gè)VMOS管的柵極，R5、R7的值可以是幾個(gè)歐姆，通常用來(lái)減小柵極振蕩。
3.2 磁反饋電路設(shè)計(jì)
磁反饋隔離電路可由磁反饋控制器UC3901、隔離變壓器T2和信號(hào)整流濾波電路(V2、C5、R9)組成。
UC390l的10腳是內(nèi)部放大器的同向輸入端，可直接接1.5 V基準(zhǔn)信號(hào)，11腳是內(nèi)部放大器的反向輸入端，接輸出電壓的反饋信號(hào)，C12、R15是放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)，可通過(guò)試驗(yàn)確定參數(shù)，C13、R16是振蕩電容和電阻。
3.3 整流電路
輸出整流電路采用的是倍壓整流方式。在高壓小功率輸出場(chǎng)合，這是一種比較實(shí)用的電路形式，這樣可以降低變壓器的匝比，減小整流管的耐壓要求。
本文給出了采用UC3901設(shè)計(jì)磁反饋隔離DC／DC的方法，采用以上電路設(shè)計(jì)的高壓電源具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，該方法的磁反饋原理是將反饋控制信號(hào)疊加在交流脈沖信號(hào)上，然后通過(guò)隔離變壓器將交流信號(hào)傳遞到原邊，再利用幅度解調(diào)電路將信號(hào)幅度取出，以用來(lái)控制PWM輸出的脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)穩(wěn)壓的功能。這個(gè)原理也是采用其他方法實(shí)現(xiàn)磁反饋隔離的設(shè)計(jì)思想。
