开关电源UC3842资料.doc

DC-4辅助电源工作原理及调试说明1、 设计目的与要求1、 目的 DC-4主要作为逆变电源的辅助电源。2、 要求 通过改变变压器等原件参数，DC-4可适合于几个电压等级输入，如现行用的有24V（+30%|-30%）、48V（+30%|-30%）、110V（+30%|-30%）、220V（+30%|-30%）、330V（+30%|-30%），而输出不变。 技术指标要求：参见DC-XXX-系列直流-直流开关电源技术指标2、 DC-4工作原理及原件作用DC-4是采用隔离式单端反激的多路输出电源。电路结构原理图见图1。隔离式单端电源是指高频变压器作为主要隔离器件，且变压器磁芯仅工作在其磁滞回线一侧。所谓反激式是指开关功率管VT1导通时，它在初级电感线圈（变压器初级）中储存能量，而当VT1关闭时，初级线圈中储存的能量再通过次级线圈感应释放给负载。单端反激式变压器的基本模式：图1图1中电路的工作过程：当MOS管VT1导通时，电流从电池正极经脉冲变压器上端流经脉冲变压器至下端，再从功率管VT1的D极至S极，最后返回至电池负极。电流在流过脉冲变压器时它在变压器初级线圈中做功储存能量。经变压器耦合，使变压器次级产生了一个上正下负的电压，该电压同时使与变压器次级相连接的二极管VD处于反偏压状态，所以二极管VD截止。在变压器次级回路无电流流过，即没有能量传递给负载。当MOS管VT1截止时，因电感线圈的自感电动势作用，电流方向变成了上负下正，经耦合，变压器次级电感线圈中的电压反转过来，即上正下负从而使得二极管导通，初级上电压经二极管整流成为直流单向脉动电压，该电压给输出电容C充电，同时在负载RL上也有了电流IL流过。在整个电源运行系统中，电源系统实施的是个负反馈的过程。例：因某种原因使输出电压上升时，则采样回路把上升的信号采集至系统放大器即UC3842的反向端，经内部的比较后输出一个减窄脉冲的过程，经脉冲变压器传递至次级，使次级的导通等面积相应减小。从而使输出电压下降。同理，当输出电压下降时，也可理解为一个相反的过程使输出电压上升。KM1-DC4B详细原理参见附录1该电源根据需求，输出可以有DC24V,48V,110V,220V,330V五种，输出则为标准的1215V/0.7A一路（VCC1），5V/0.3A一路（VDD）与VSS1共地，及12V/0.3A(或为24V/0.15A)一路（VCC3），24V/0.15A四路（VCC4VCC6）其中24V/0.15A一般供给单相全桥主开关管的驱动部分，或三相半桥主开关管的驱动部分，其中三相半桥主开关管因为是共地所以用了一组VCC6供电（该电流应增大至0.3A）。下面介绍KM1-DC4B电路及工作过程KM1-DC4B有以下9个部分电路组成：(a) 输入导向电路部分、(b) 输入滤波电路部分、(c) 辅助供电部分、(d) 驱动脉冲输出主开关管和吸收阻容部分、(e) 脉冲变压器部分、(f) 次级快速二极管整流部分、(g) 输出电压采样反馈.芯片基准稳压、振荡部分、(h) 初级功率开关管过载短路保护、斜坡补偿部分、(i) 软启动部分、(a) 直流输入导向部分：该部分由D1组成，利用二极管的单向导通作用，使辅助电源只能在正向供电时才能正常工作。如果输入接反，由于输入端有一个导向二极管，输入接反KM1-DC4B电源不工作。(b)输入滤波电路部分： 该部分由C1.C2.C3.C4.L1组成。组成了复试输入滤波部分，正常工作时，该滤波器有两大功能，可以有效阻止外部供电部分的杂波及浪涌电压进入辅助电源主机。可有效地防止辅助电源内部因开关管高速导通与截至时所产生的强烈电磁谐波辐射干扰外部供电电源，并可减小对外的反灌噪声电压。(c)辅助供电部分：该部分由逆止二极管D3、快速二极管D4、上偏流电阻R1、脉冲变压器N3绕组滤波电容C7、C8组成。输入一上电时上偏流电阻R1提供给UC3842 脚1.52mA的启动电流。使UC3842启动工作，（UC3842启动后，工作电压可在11.522V内都可正常工作）并令开关管VT1瞬间导通，这时反馈绕组N3也同时感应出电压，该电压提供输出交流电压并经D4整流滤波至17V，与从流经R1的电流同时为UC3842提供工作电压。当启动瞬间过程完成后（UC3842内部功能决定），UC3842工作电流立即上升为10mA，这时R1已经输不出这么大的电流，（如没N3绕组提供反馈电压则UC3842内部欠压功能会立即动作而关闭驱动输出）而正好由反馈绕组N3提供输出约17V电压，给UC3842供电，从而完成了一个连续的过程。而当UC3842启动后，则该集成电路的工作电压在11.522V之内可以可靠工作。但在启动完成后的正常工作时，该下限关闭电压为11.311.5V。电阻R1的取值为最低直流输入供电时，使其满足2mA/17V。当反馈绕组辅助电源正常工作时，此时供电在DC-17V时，要使反馈绕组N3提供的输出电压11.5V。如果低于11.5V，会使UC3842欠压保护动作而无驱动输出。此时尽管瞬间D4处于导通，但因电压较低使D3因反偏而截止。正常工作时所有的供电电流均有绕组N3承担。(d)驱动、脉冲输出主开关管和吸收阻容部分：由UC3842 脚提供驱动输出脉冲，经消振电阻R3接入到VMOS功率管VT1的G极。该电阻的大小可控制驱动脉冲前后沿的斜坡及输出的毛刺电压VP-P。电阻阻值大，则前后沿斜率大，VMOS功率管易发热，但输出的毛刺电压VP-P会适当减小，对于DC220330V供电的电源中，R3从22增加至75时，毛刺电压可减小5075V左右。R3可靠的选择范围在2275之间。吸收电阻R2吸收电容C6，吸收二极管D2组成了VMOS主开关管VT1上端吸收回路R15、C15组成了VMOS主开关管下端阻容吸收回路。在开关电源中该部分器件一方面可以改变功率管在关断时电流与电压的相移角度，使关断时的电压与电流相交点下移，从而使关断功率可有效的减小，另一方面可以使主变压器在开断瞬间产生的自感电动势，（该电动势全部落在开关管的两端）经电容吸收，从而使开关管两端的电压维持在一定的电压范围内。不使开关管因过电压而造成击穿损坏。(e)脉冲变压器部分： 脉冲变压器B1起到了功率传递和电压变换作用。开关功率管VT1导通时，它在初级电感线圈中储存能量，电流方向是上正下负，而当VT1关闭时，电流方向是下正上负，同时产生很高的自感电动势，（即长指的反峰电压，由上端、下端吸收电路耒解决）。同理，次级线圈接快速二极管的上端（同名端）为正，二极管导通，初级线圈中储存能量再通过次级线圈感应释放给负载。(f)次级快速整流部分：VCC1：由D5、R16、C16、C17、L2、C20、R23组成了VCC1（1215V最大1.5A）的主绕组供电部分。并联在D5二端的R16、C16是吸收D5的反峰电压，用以防止D5过电压击穿，C17、L2、C20组成了行滤波电路，用以平滑直流输出。R23是直流主绕组的假负载电阻，可使于该绕组空载时也有一点负载电流，用于稳定整个电源系统工作之用，但电流太大时，会造成整机效率下降。VDD：由D6、R17、C18、C19、U2、C24、C25组成了VDD(5V/0.3A)的供电部分。并联在D6二端的R17、C18是吸收D6的反峰电压，用以防止D6过电压击穿，C19、C24、C25组成了前后级滤波电路，用以平滑直流输出。U2是一个输出为5V/1A的三端稳压电路，最大稳定电流为1A。目前只用0.3A，用于稳定输出。VCC2：由D9，R24，C28，C29，U3，C30，C31，C32组成了VCC2（12V 0.3A/24V 0.15A）的供电部分。并联在D9二端的R24、C28是吸收D9的反峰电压，用以防止D9过压击穿，C29、C30组成了前后级滤波电路，用以平滑直流输出，C31、C32用于吸收尖峰毛刺电压。U3是一个输出为12V/1A的三端稳压电路，最大稳定电流为1A。目前只用0.3A，用于稳定输出。VCC3：由D10，R25，C33，C34，U4，C35，C36，C37组成了VCC3(24V/0.15A)的供电部分。并联在D10二端的R25，C33是吸收D10的反峰电压，用以防止D10过电压击穿，C34、C35组成了前后级滤波电路，用以平滑直流输出，C36、C37用于吸收尖峰毛刺电压。U4是一个输出为24V/1A的三端稳压电路，最大稳定电流为1A。目前只用0.15A，用于稳定输出。VCC4VCC6：工作原理同VCC3一样，唯一的区别是VCC6输出为24V/0.3A。(g)芯片基准稳压、输出电压采样反馈、振荡部分： 芯片基准稳压由UC3842的内部稳压功能组成，在UC3842的脚输出稳定的5V精度为2%电压，可提供50mA的能力。可为相应各路提供5V基准电压。采样反馈由初级端、次极端、以光耦为区分两大部分组成初级端由R5，C9及UC3842 脚 脚（UC3842内部的高速运算放大器）及R7,R8组成。脚是UC3842内部的高速放大器的输出端，脚是UC3842内部的高速放大器的反向输入端，其中高速运算放大器正向端脚已在UC3842内部接入2.5V基准电压。R5，C9组成了该高速放大器的反馈补偿部分，用于防止增益过高而导致振荡。R7,R8组成光耦发射极的信号输出端。经光耦传递过来的次级VCC1的工作状态经R7,R8送入UC3842内部的高速放大器的反向输入端脚。采样反馈次级端由R18，R19，R20，R21，R22，W1，D7，D8，C23组成。其中R18是光耦限流电阻，R19是光耦分流电阻（因为D8，TL431最佳状态是工作在10mA附近，而光耦最佳状态是工作在1.53mA附近），R21,W1,R22是VCC1输出采样电阻，R20,C23是并联型三端基准稳压电路D8（TL431）的反馈补偿部分。调节阻值使TL431的输入端为2.5V，可使光耦发光管导通程度强弱而使光耦三极管部分放大高低，通过R8引入至脚/UC3842内部的高速放大器的反向输入端，最终形成电源系统负反馈而使输出电压稳定。振荡部分由芯片内部振荡放大器，外围R6振荡电阻、C13振荡电容组成。本机的振荡频率120KHz左右。(h)初级功率开关管过载短路保护、斜坡补偿部分：由串入在VMOS功率管VT1上的取样电阻R14和R13,C14组成。该采样采集到的是流过VT1的峰值电流，经R13,R14滤除毛刺电压，经过R9送入到UC3842的脚。正常时为脚1V时全开通。所以刚开始时输出脉冲为零，并逐步展宽脉冲宽度，从而起到了软启动作用。D0作用于当关闭输入电压时，C12能通过D0快速放电，以防止输入电压抖动时再启动时，C12不至于没放完电，而导致软启动失效。KM1-DC4B DC220V调试工艺1、 调试前的准备1.1工具及仪表：应备好烙铁、镊子、尖嘴钳、剪线钳、细丝刀、剪刀等常用电工工具，万用表，高压直流电源DC0300V/0.2KW纹波2.5时脉宽变窄1.01.1*2.5*0VCC0.6*VCC50.05故障时电压（V）11.17*时脉宽变窄，继续增大时会使脉冲宽度近似为0标注：*号是用示波器直流档测量 VCC=16.518V 静态电压是指 UC3842 上电，但主回路未供正常电压时测的电压。动态电压是指闭环运行时测的电压。1.1.4（对应24V电源应加20V，对应48V电源应加30V，对应110V应加70V),对应220V电源应加150V。用示波器检查UC3842管脚4是否有斜三角的锯齿波，幅度2.5V频率120130KHz周期8.3us。改变R6、C13的数值可改变振荡频率。计算公式F=1.8/RC R单位是欧姆，C的单位是法拉，F的单位是赫兹。1.1.5用示波器检查UC3842管脚6驱动输出是否正常，正常时应为近似满幅度的矩形波，占空比0.95，且功率管G、S端电压Vgs=16.5V18V，若超过22V范围，功率管易损坏，见图1.同时检查UC3842其它管脚，当管脚1电压1V。管脚3电压1.17V时，管脚2电压=0V，管脚8电压=5V说明控制电路正常。如各级都正常，则可转入下一步。如不正常，大部分故障出在元件管脚焊错或焊接短路上。1.2.1加电调试：在直流供电电源回路中接入0.3A的保险丝，（可用d=0.15的铜丝替代，以2W/100K以上的电阻做骨架，焊在电阻上，1根铜丝约3A的熔断电流），并串入20W/20的功率电阻以防止功率开关管损坏。（当电路各部分正常后该电阻应取消）。示波器探头接地夹接电源负极，探头夹住开关管VT1 D极，主控输出端VCC1接1/7-10容量的负载，可取100/5W的电阻。以后正常时在全额带载。图2-图3的波形是满载时的波形，轻载时波形有所区别，占空比小。调试时采用2个电压表检测，一个观察输入直流电压，另一个观察主控绕组输出直流电压。此时要注意几点：1、输入电压升至130150V时，吸收电阻是否发烫。2、VT1的DS极波形是否稳定不抖动。3、散热器是否发烫，注意极限为80度。4、是否有异常冒烟及吱吱叫声。有上述现象应马上断开供电。如无异常现象，可让电源在此状态下支持几分钟再往下进行一步。最常见的现象是单独查看UC3842各功能多正常，而R1接入后，输入电压加到此值，而输出没反应，即UC3842无脉冲输出，次级也无电压输出。一般输出空载时应能启动，这主要是R1阻值太大，提供不出2mA/17V电压，反馈绕组供电不足。这可边测量UC3842 脚边调高输入电压，观察到DC150V时为脚多少伏，如总达不到启动电压17V则说明需要调整供电绕组圈数了。可增加10%的N2圈数后再调整。理想合格的电源满载时应在标准供电30%时能启动，空载时应在标准供电55%60%时能启动。注意电源在最高输入且满载时要观察UC3842 脚电压不能超过22V，最好的电压为19V以下。如有这现象，一般启动电压很低，约45%55%。可适当减小10%的 N2圈数后再调整。1.2.2调节直流供电电源（调压器）逐步升压，当调压到30100V时并用示波器观察功率管D、S之间的波形是否正常，此时波形见图4，当调压到130150V时并用示波器观察功率管D、S之间的波形是否正常，此时波形见图2。并用数字表测量输出电压是否达到要求，并逐步升高电压至220V。用数字表测量输出电压是否达到要求16V，若没有，通过调节电位器W1，调节占空比以使输出达到要求，调试时往往会出现输出电压与标准的差异太大，如输出过高，调节电位器不起作用，这时可调整R19，逐步以100阶梯增加阻值，最大值为2K。如输出过低时，可调整R19，逐步以100阶梯减小阻值，最小值为0.82K。也可以同时改变R22的阻值，增加阻值可使输出增大，但不宜超过4.7K。当主控绕组输出正常后，可单独加载：（注意因主绕组回路电流加大，会使快速二极管烧毁，所以要再并联一个同规格型号的二极管）。即把其它几组的负载总和并加在一起。注意其它几个绕组（计算输出电压时应以三端稳压集成电路的输入端电压为准。可供参考的是输出电压加上3V。例：24V输出的以27V为参考）。KM1-DC4B最大输出功率为30W。可带湖足此功率，观察各波形是否异常。元件是否超温。当在最高输入电压时，VT1 D、S端电压不应超过800V含反峰毛刺电压。可参见图2.同时用示波器测量R14两端的电压，该电压波形参见图3在满载时最大幅值，即斜三角形顶端值不要超过平均输入电流的2.23倍。电流大，说明脉冲变压器初级圈数少，可适当增加5%10%的圈数。也可以实测或换算，即平均输入电流=实际输出功率/效率（0.75）/输入电压。一般为了使其它几组电压达到最小输出，必须使主控绕组至少要有1/3的负载，这时才能使占空比增大，使次级其它绕组的占空比也同时增大。才能使每组7824空载时输入电压为2735V之间。如输出为15V则应在17V25V之间。当带0.15A负载时，输入电压为2730V之间，如输出为15V则应在18V22V之间。每一组输出应为24V0.2V的误差。如输出24V回路达不到上述指标，可在VCC1/16V继续输出端加重负载。短路保护：在VCC1输出端短路时，这时该绕组输出电压应近似为零。改变电阻R14阻值可调整短路动作点，R14增加范围在30%之内。阻值越大，短路动作点越早，短路电流越小。过载保护：在VCC1输出端1.3倍过载时，这时该绕组输出电压应下降，短路任意一个绕组，主绕组输出电压多应下降。1.2.3：检查调整电压稳定率：输出负载全部接上，VCC4VCC6.24V(15V)接0.1A，VCC1/16V接1A。升高电压至220V+30%=286V，这时16V绕组应在16V+0.2V之内，24V回路应在24V+0.24V即24.24V。降低电压至220-30%=154V，这时16V绕组应在16v-0.2V之内，24V回路应在24-0.24V即23.76V。1.2.4检查纹波电压：用示波器交流档测量24V每组输出，Vp-p值不大于200mV，12V输出不大于200mV，用毫伏表测量时，测量24V每组的输出，平均值5KW时，应使5组24V电源输出电压尽可能保持一致，5组误差不大于0.15V，并使输出纹波电压尽量可能小。Vp-p值不大于150200mV，16V输出不大于1