新型多功能反激式开关电源设计.Stamped

1、新型多 功能 反激式开关 电源设计张 厚升 , 赵 艳 雷(山 东 理工 大 学 电气 与 电子 工 程 学院 , 山 东 淄 博 255049摘要 :以 峰 值 电 流型 PWM 控制 芯片 UC3842为 核 心 设 计 了 一 种 新 型多 功 能 反 激 式 开 关 稳 压 电 源 , 该 电 源 具 有 6路直 流 隔 离 电 压 输 出 。 介绍了 其 工 作 原 理 和 外 围 电 路设 计 。 为 了 满 足 电 磁 兼 容 性和 安 全 性 要 求 , 设 计 了 EMI 抑制 电 路 。 详细 介绍了 一 种 新 型 变 压器绕 组 缓 冲 电 路 的 设 计 方 法 ,

2、着 重 介绍了 反 激 式变 换 器 的变 压器设 计 过 程 , 包 括 齐 纳箝 位 电 压 的 计算 、 实 际占空 比 的 计算 、 电 感 值 的 计算 、 磁 芯 的 选择 、 各 路 输 出 绕 组 匝 数 的 确 定 以 及气 隙 的 计算 。 实 现了 对输 出电 压 的 负 反 馈调节 及 各种 保 护 机 制 。 实验 结 果 表 明 , 该 开 关 稳 压 电 源 具 有 稳 压 性能优 良 , 纹 波 小 , 电 压调 整 率 、 负 载 调 整 率 高 , 体 积 小 , 质 量 轻 , 电 磁 兼 容 性 好 等 优 点 。关键词 :开 关 电 源 ; 反 激 式

3、变 换 器 ; UC3842; 缓 冲 电 路 ; 变 压器 中 图 分 类 号 :TM 464文 献标识 码 :B 文 章 编号 :1006-6047(2011 01-0113-05收稿 日期 :2010-05-16; 修回 日期 :2010-11-04基金项目 :国 家 自 然 科 学 基 金 资助 项 目 (50807034 电 力 自 动 化 设 备Electric Power Automation EquipmentVol. 31No .1 Jan. 2011第 31卷第 1期 2011年 1月随着 全 球 能 源 危 机 和 环 境 污 染 问 题 的 日 益 严 重 , 开 发

4、利用 清洁 的可 再生 能 源 势 在 必 行 。 风 力发电 并网系统 、 光伏 发电并网系统 成为 研究 热 点 。 而 这些 并网系统的正常 工 作 往往 需要 给其 主 控系统 、 通信 系统 等 功能模 块 提供 多路 稳 定 的 隔 离 直流电源 。 另 外 在变频器 、 适 配器 、 医疗 仪 器 等 精密 电子系统 , 各 类 电器 及 仪 表 中的直流电源 等 功 率 等 级 较 小 的场 合 , 也 广 泛 使 用 了 小功率 电源 。 开关 电源 由 于 具 有 效 率高 、 体 积 小 等 诸 多 优 点 , 近年来 在 这些 领 域 得 到了 越 来 越 多的 应用

5、。由 于 反激 变换器的电路 拓扑简 单 , 输 出 与输入 电 气 隔 离 , 能高 效 提供 多 组 直流 输 出 , 升 降 压 范 围 宽 , 因 此 在中 小功率 场 合 得 到 广 泛 应用 1。 本文 利用 反激 变换器的 特 点 , 基于 UC3842设计 了一 种 新型 多 功能 隔 离 型 反激式开关 电源 , 能提供 6路 工 作 电 源 , 还 能 自 适应 输入电压波 动 , 随着 输入电压的变 化 能 自 动 调 节 PWM 输 出 来 保 证 输 出 电压的 稳 定 。1设计 要 求多 功能 反激式开关 电源设计 要 求 为 风 力发电并 网系统 提供 驱 动 电

6、压 , 为 光 耦 、 继 电器 、 控制 芯片 等 提 供 工 作 电源 。 具 体 指 标 如 下 :输入 为 交 流 90250V (正常 220V ; 输 出 为 2路 20V /0.5A 输 出 、 1路 15V /0.6A 给 UC3842供 电 、 2路 15V /1A 输 出 、 1路 12V /1A 输 出 、 1路 5V /1A 输 出 , 反 馈 绕 组 无 后 级 线性 调 整 器 , 其 余 各 路 输 出 后 级 均 有 线 性调 节 器 ; 开关 频 率 为 40kHz , 总 输 出功率 为 76W , 效 率 为 85%。2控 制 芯片 选择多 功能 反激式开

7、关 电源 选 用 美 国 Unitrode 公司生 产 的 高 性 能 单 端 输 出 式 电流 控 制 型 脉 宽 调 制 器UC38422作 为 控制 芯片 , 其 内 部 结 构 如图 1所 示 , 该芯片 可 专 门 用 于控制 占 空比 适应负 载 变 化 造 成 的输 出 电压变 化 , 具 有电流 反 馈和电压 反 馈双 环 控制的 特 点 , 负 载 调 整 率 好 , 除 具 有输入 端 过 压 保护 与输 出 端 过 流 保护 功能 之 外 , 还 设有 欠 压 锁 定 电路 , 因 此 , 电路 稳 定 可靠 , 比较 适 合 该 电源的 应用 场 合 。具 有 8脚 双

8、 列 直 插 封 装 的 UC3842芯片 各 引 脚 功能 如 下 。 1脚 (COMP :误差 放 大 器的输 出 端 , 用 于 环 路 补偿 。 2脚 (U FB :误差 放 大 器的 反 相 输入 端 , 通 常 通 过一 个 电 阻 分压器 连至 开关 电源输 出 , 起 电压 反 馈 作 用 。 3脚 (ISEN :电流 取 样 端 。 流 过 开关 管 的 电流 被 检测 电 阻转 换 为 电压 信号 并 被 送 入 此 脚 , 用 来 控制 PWM 锁 存 器 , 调 整 输 出 电压 大 小 。 并 且当该 脚 电压超 过 1V 时 , UC3842关 闭 输 出 脉冲 ,

9、 从 而 保护 开关 管不 致 因 过 流 而 损坏 。 4脚 (R T /C T :振荡器 。 外 接 R T 、 C T 定 时 元 件 , 通 过 电 阻 R T 连 接 至 参 考 输 出 引 脚 8以 及 电 容 C T 连 接 至 地 , 使 振荡器频 率 和 最 大 输 出 占 空比 可调 , 振荡频 率 为 f =1.72/(R T C T , 工 作 频 率 可 达 500kHz 。 5脚 (GND :控制电路和电源的 公U R T /U REF V mA图 1UC3842的 内部 结构 图Fig.1Internal structure of UC3842.第 31卷电 力

10、自 动 化 设 备 共 地 。 6脚 (OUT :推 挽 输 出放 大 器的输 出 端 , 为图 腾 柱 式 输 出 , 可直 接 驱 动功率 管 MOSFET 的 栅 极 。 驱 动 电流的 平 均 值 可 达 200mA , 最 大 可 达 1A 峰 值 电流 。 7脚 (U cc :电源输入 端 。 外 接 电源电压 U cc , UC3842的 开 启 电压 为 16V , 关 断电压 为 10V , 其 内 部 有 一 个 34V 的 稳 压 管 , 可 以 保 证 内 部 电路 工 作 在 34V 以 下 。 该 电源电压 经内 部 基 准 电压电路的 作 用 产 生 5V 基 准

11、 电压 , 作 为 UC3842的 内 部 电源 使 用 , 并 经 衰 减得 到 2.5V 电 压 作 为 内 部 比 较 器 的 基 准 电 压 。 8脚 (U REF :参 考 输 出 引 脚 。 它 通 过 电 阻 R T 向 电 容 C T 提 供 充 电电流 。 UC3842还 包括 过 压 、 欠 压 保护 电路 , 当 供 电电源电压低于 10V 时 , 芯片 停 止 工 作 3。3开 关 稳 压 电源 的工 作原 理与设计3.1工 作原 理图 2为 所 设计的多 功能 反激式开关 电源的 原 理 图 。 开 机 后 , 220V 市 电 经 过 EMI 滤 波 器 、 整 流

12、 桥 V BR1和滤波电 容 C 5、 C 6后 , 转化 为约 310V 的直流电 ; 电 容 上 310V 的电压 通 过 启 动 电 阻 R 1对 电 容 C 13充 电 , 当 UC3842的 7脚 (U cc 端 达 到 导 通 门 槛 电 压 (16V 后 , UC3842开 始 工 作 , 此后 芯片 由 反 馈 绕 组 供 电 , 电压维 持 在 13V 左右 。 反 馈 绕 组 N S 两端 的电 压 经 由 V D2、 C 14、 C 15整 流滤波 、 R 10分压 后 , 从 2脚 送 入 UC3842的 误差 放 大 器 反 相 输入 端 , 反 馈电压与基 准 电压

13、 (2.5V 经 误差 放 大 器 比较 放 大 后 , 调 整 PWM 输 出 脉冲 的 宽 度 , 从 而 稳 定 输 出 电压 。 主 回 路电流 由 电 阻 R S 进行取 样 , 取 样 电压 经 3脚 加 到 UC3842内 的电流 比较 器的 一 个 输入 端 , 与 误差 电压 放 大 器的 输 出进行 比较 , 当该 取 样 电压 等 于 误差 电压 (最 大 值 为 1V 时 , UC3842的输 出 脉冲 被 中断 , 从 而 实 现 限 流 保护 4-5。 该 电源 用 UC3842的 PWM 输 出 经 驱 动 电 阻 后 直 接 驱 动 开关 管 。3.2电 磁干

14、扰 的 抑 制高 频 开关 电源 产 生 的电磁 干 扰 (EMI 主 要以 传 导 干 扰和 近 场 干 扰 为 主 , 电磁 干 扰有 共 模干 扰和 差 模 干 扰 2种 状 态 。 EMI 滤波器 是 目 前 使 用最 广 泛 、 也是 最 有 效 的 开关 电源传 导 干 扰 抑 制方法 之一 , EMI 滤波 器 不但 要 抑 制 共 模干 扰 , 也 必须 抑 制 差 模干 扰 6-8。 图 2给 出 了 所 设计的 EMI 滤波器 , 它接 于电源输入 端 与 整 流 器 之 间 , 内 含 共 模 扼 流 圈 L 2和 滤 波 电 容 C 1C 4, 共 模 扼 流 圈 也

15、称 共 模 电感 , 主 要 用 来 滤 除 共 模干 扰 。 它由 绕 在同 一 高 磁 导 率 上 的 2个 同 向 线 圈 组 成 , 可 抵 消 差 分电流 。 其 特 点 是 对 电网 侧 的 工 频电 流 呈 现 较 低 阻 抗 , 但 对 高 频 共 模干 扰 等效 阻 抗 却很 高 。 C 2和 C 3为 Y 电 容 , 跨 接 在输入 端 , 并 将 电 容 器的 中 点 接地 , 能 有 效 抑 制 共 模干 扰 , 其 容量 约为 2.2nF0.1F ; C 1和 C 4为 X 电 容 , 用 于滤 除 差 模干 扰 , 其 典 型 值 在 0.010.47F 之 间 。

16、 3.3缓冲 电 路 设计图 2所 示 反激式 变换器中 , 开关 节 点 A 、 B 的电 流 、 电压波形 如图 3、 4所 示 。 图 中 , U O 为 二 次 侧 输 出 电压 ; I O 为 二 次 侧 输 出负 载 电流 ; U IN 为 交 流输入 整 流电压 ; 下 标 R 表 示 折 算 值 ; U INR =U IN /n 为 加 在 二 次 绕 组上 的 折 算电压 ; U OR 为 二 次 侧 电压 U O (忽 略 二 极 管 压 降 等 因 素 折 算 到一 次 侧 的电压 值 , U OR =U O n , n为 变压器变 比 ; I L 为 二 次 绕 组 电

17、感 平 均 电流 , 即 电感 电流的 斜坡 中 心 值 , 且 有 I L =I O /(1-D ; I L R 为 二 次 侧 的电感电流 折 算 到一 次 侧 的 斜坡 中 心 值 , I L R =I L /n =I OR /(1-D , 其 中 , I OR 为 折 算的 负 载 电流 , I OR =I O /n 。反激式 变换 器 的 变 压 器 除 具 有 隔 离 变 压 作 用 外 , 还 起 到 电感 储 能 、 释 能 作 用 。 漏 感可 以 看 作 是 与 变压器 一 次 侧 电感 串 联的 寄 生 电感 , 是未 能 耦 合 到 二 次 侧 的 一 次 电感 部 分

18、 , 它 不 参 与有 效 能量 从 输入V BR14C 3C 2C 1F 1U ACL 1C 5+C 6V Z1R 2R 3R 6V T1V D4R SC 13R 4R 7R 8C 15C 14+LEDR 9V Z2V D1D2EMI L 22315UC38427684V Z3C 9C 10C 11C 12C 13+R 10C 8N SB 7820V C 16+C 17C 18+20VGND17820V D6C 19C 20C 21+20V GND27815V D7C 22C 23C 24+15V GND37815V D8C 25C 26C 27+15V GND47812V D9C 28C

19、29C 30+12V GND57805V D10C 31C 32C 33+5V GND6C 75图 2基 于 UC3842的 反 激 式 开 关 电源 原 理 图Fig.2Flyback switching power supply based on UC3842R 1D3张 厚 升, 等 :新型多 功能 反激式开关 电源设计第 1期 到 输 出 的传 递 。 图 3中可 以 看 出 , 当 开关关 断 时 , 一 次 电感 所 存 储 的 能量 可 沿 续 流 通 路 (通 过 输 出 二 极 管 传 递 , 但 漏 感 能量 却 无传 递 通 路 , 所 以它 就 以 高 电压 尖峰 的形

20、 式 表 现 出 来 , 二 次 侧 无 此 电压 尖峰 。 若 不尽 量 吸收 此 漏 感 能量 , 则 将 引起很 大 的电压 尖峰 , 从 而 导致 开关 损坏 。 因 漏 感 能量 无法传 递 到 二 次 侧 , 故常 用 以 下 2种 处 理 方法 :重 新 利用 使其 返 回 输入 电 容 ; 将 其 消 耗 。 后 者 方法 比较简 单 , 最 实 用 的方法 是 直 接 用 齐 纳 二 极 管 箝 位 , 当 然 齐 纳 电压 必须 根据 开关所 能 承 受 的 最 大 电压 来 选 择 。 通 过 详细 计算可 得 齐 纳 管 所 消 耗 的 总 能量 为P z =1L LK

21、 I 2PKU ZZ OR(1 其 中 , L LK 为一 次 漏 感 , I PK 为 开关 峰 值 电流 , U Z 为 齐纳 管 箝 位 电压 。由 式 (1 可 以 看 出 , 齐 纳 管 所 消 耗 的 总 能量 为 漏 感 能量 L LK I 2PK /2乘 以 U Z /(U Z -U OR , 所 附 加部 分 来 自于 一 次 电感 。 具 体 计算 时 需要 注 意 , 若 齐 纳 管 稳 压 电压 太 接近 所 选 U OR , 箝 位 损耗 就会 猛 增 , 因 此 U OR 的 选 择 需要 小 心 。 若 以 U Z /U OR 为 函 数 画 出 箝 位 损耗 曲

22、 线 便 可发 现 , 在 所 有 情况 下 , U Z /U OR =1.4均 为 消 耗 曲 线 上 的 明显 下 降 点 9, 因 此 选 择 此值作 为 最优 比 。 具 体 计算 参 见 变压器设计 部 分 。开 关 管 缓 冲 电 路设 计开关 管 在 关 断的 瞬 间 会产 生 很 高 的电压 尖峰 脉 冲 , 这不 仅 很 容 易 使 开关 管 由 于电压 急剧 升 高 而 损 坏 , 而 且 使 电流 采 样 和输 出 电压的波形 出 现 很 尖 的 脉冲 10, 影响 系统的 稳 定 工 作 。 为 此 , 由 V D4、 R 6、 C 13组 成 缓 冲 吸收 电路 ,

23、文 献 11-12给 出 了 缓 冲 电路的 设计方法 。3.4UC3842的 启 动 过 程 与 启 动电 路 设计首先 , 由 电源 通 过 启 动 电 阻 R 1提供 电流 给 电 容 C 13充 电 , 当 C 13电压 达到 UC3842的 启 动 电压 门 槛 值 16V 时 , UC3842开 始 工 作 并 提供 驱 动 脉冲 , 由 6脚 输 出 驱 动 开关 管 V T1工 作 , 输 出 信号 为 高 低电压 脉 冲 。 高 电压 脉冲 期 间 , 绝 缘 栅 场 效 应 管 V T1导 通 , 电流 通 过 变压器 原 边 , 同 时 把 能量 储 存 在变压器中 。

24、根据同 名 端 标 识 情况 , 此 时 变压器 各 路 副边 没 有 能量 输 出 。 当 6脚 输 出 的 高 电压 脉冲 结束 时 , V T1截 止 。 根 据 楞 次 定 律 , 变压器 为 维 持 电流 不 变 产 生 下正 上 负 的 感 应 电 势 , 此 时 副边 各 路 二 极 管 导 通 , 向外 提供能量 , 开 关 变 压 器 的 反 馈 绕 组 N S 两 端 电 压 经 由 V D2、 C 14、 C 15、 V D3整 流滤波 后向 UC3842供 电 。 UC3842内 部 设 有 欠 压 锁 定 电路 , 其 开 启 和 关 闭 阈 值 分 别 为 16V

25、和 10V 。 在 开 启 之 前 , UC3842消 耗 的电流在 1mA 以 内 。 电 源 电 压 接 通 以 后 , 当 7端 电 压 升 至 16V 时 UC3842开 始 工 作 , 启 动 正常 工 作后 , 它 消 耗 的电流 为 15mA , 因 为 UC3842的 启 动 电流在 1mA 以 内 , 设 计 时参 照这些 参 数 选 取 R S 8。 一般 , 随着 UC3842的 启 动 , R 1的 工 作 也 就 基 本 结束 , 余 下的 任 务交 给 反 馈 绕 组 , 由 反 馈 绕 组产 生 电压 来为 UC3842供 电 。 3.5反 馈 电 路 设计由 于

26、 该 电源的输 出 为 多路 , 不 适 合 仅 对 某 一 路 进行 反 馈调 节 , 故 采 用 反 馈线 圈 N S 来 输 出 一 个 反 馈 电压 , 对 多路输 出 同 时 进行 控制 。 V D2、 C 14、 C 15、 V D3为 整 流滤波电路 , 得 到一 个 稳 定 的 反 馈电压 , 该 电压同 时 也 作 为 UC3842正常 工 作 时 的 供 电电压 。 3.6电 流 取 样 与 过 流 保护 设计最 大 输入电压 时 , 加 在变换器 上 的 整 流直流电 压 为U IN , max =姨 U AC , max =姨 ×250=354(V 选 用 的

27、 MOSFET 额 定 电压 为 600V , 故在 U IN , max 处 必须 保 留 至 少 30V 的 裕 量 。 由图 3可 知 , 此种 情况 下 , 漏 极 电压 (U IN +U Z 不 能 超 过 570V , 于 是 有U IN +U Z =354+U Z 570(V U Z 570-354=216(V 可 选 择 标准 的 180V 的 齐 纳 稳 压 管 。U OR =U Z /1.4 0.7U Z =0.7×180=128(V 5V 输 出 二 极 管 的正 向 压 降 为 0.7V , 绕 组 压 降 约为 0.6V , 后 级 线性调 整 器 约为 1

28、V , 此种 情况 下 , 必须 使 变压器 提供高 于输 出 35V 的电压 , 为 线性调 整 器正常 工 作 提供 必 要 的 裕 量 。 则 匝 比 为n =U DR /(U O +U yu =128/(5+3 =16实 际 占 空比 很 重要 , 因 为 占 空比 若 有 小幅 度 上 升 (从理论上 100%的 效 率 , 将 可 导致 工 作 的 峰 值 电 流 及 其 相应 磁场 能量 均 有 较 大增 量 13。t offt ontOI LO tI L R I A 图 3开 关 节 点 A 、 B 上的 电 流 波 形 Fig.3Current waveforms on sw

29、itch node A and B I B U U IN +U Z U IN +U ORU INO U B U O O-U INRoffont 图 4开 关 节 点 A 、 B 上的 电 压 波 形Fig.4Voltage waveforms on switch node A and B若 将 76W 的输 出功率 集 中在 一 个 等效 的 5V 单 输 出 上 , 则 可 得 5V 输 出负 载 电流 为I O =76/5=15. 2(A 折 算 到一 次 侧 的 负 载 电流 I OR 为I OR =I O /n =15.2/16=0.95(A 设低网输入 时 效 率 为 70%, 输入

30、 功率 为P IN =P O /=76/0.7=108.57(W 可 得 平 均 输入电流 为I IN =P IN /U I N =108.57/127=0.855(A 于 是 可 得 实 际 占 空比 为二 次 电流 斜坡 中 心 值 (集 中 功率 时 为I L =I O /(1-D =15.2/(1-0.474 =28.9(A 一 次 电流 斜坡 中 心 值 为I L R =I L /n =28.9/16=1.806(A 由 此 可 得 所 选 电流 纹 波 率 (r =0.5 情况 下的 峰值 电流 为I PR =(1+r /2 I L R =1.25×1.806=2.258

31、(A 根据此 估算 值 , 即 可设 定 控制器的 最 大 电流 值 。 输入 为 最 低输入电压 U IN , min 时 , 在 开关 管 导 通时 间 内 加 在电感 两端 的电压 为 U on =U IN =127V , 导 通时间 为 t on =D f=0.47440×103=11.85(s , 所 以 伏 秒 数 为Et =U on t on =127×11.85×10-6=1504.95×10-6(V ·s 根据 “ L ×I ” 规 则 可 得 一 次 电感 值 为L P =1L R Et =1504.95×

32、;10-6=1.67(mH 设计磁性 元 件 与 特 制 或成 品 电感 不 同 , 需 加 气 隙 以 提高 磁 芯 的 能量 储 存 能 力 , 若 无 气 隙 , 磁 芯 一 旦 存 储 少 许 能量 就 容 易 饱 和 。 但 对 应 所 需 r 值 , 还 应 确 保 L 值 大 小 。 若 所 加 气 隙 太 大 , 则 必 然 导致 匝 数 增 多 , 增大 绕 组 的 铜 损 , 也 使 绕 组 占 用 更 大 的 窗 口 面 积 。 故 必须 就 实 用进行 折 中 选 择 , 通 常 采 用 如 下 体 积 公式 (一般 应用 于 铁 氧 体 磁 芯 , 且 适用 于 所

33、有 拓扑 :U e =0.7(2+r 2/r (P IN /f 其 中 , f 的 单 位 为 kHz 。 于 是 开 始 选 择 这个 体 积 (或 更 大 的磁 芯 , 在 EE40参 数 表 中可 以 找 到 其 等效 长 度 为 l e =7.74cm , 磁 芯 面 积 为 A e =1.39cm 2; 则 其 体 积 刚好 满 足 要 求 。适用 于 所 有 拓扑 结 构 的 匝 数 求解 公式 为n =(1+2/r ×U on D /(2B PK A e f 其 中 , 磁 通 密 度的变 化 B PK 不 能 超 过 0.3T , 则 一 次绕 组 匝 数 为n p

34、=1+2!" ×127×0.474=90.22匝 数取 为 91匝 , 需 验 证此值 是 否 适 合 磁 芯 的 窗口 面 积 、 骨 架 、 隔 离 带 、 安 全 胶 带 、 二 次 绕 组 和 套 管等 , 通 常在 反激式 变换器中 这些都不 成 问题 。5V 输 出 的 二 次 绕 组 匝 数 为n 5S =n p /n =91/16=5.69匝 数取 为 6匝 , 则 每 匝 绕 组上 的电压 值 为 U n =8÷6=1.33(V 。 于 是 可 以 求 得 12V 输 出 的 绕 组 匝 数 为n 12S =(12+3 /1.33=91

35、/16=11.28匝 数取 为 12匝 , 同 理 可 以 求 得 15V 输 出 的 绕 组 匝 数 为 14匝 。考虑 材 料 的磁 导 率 , 电感 值 L P 和磁 导 率 的 相 关方程 为L P =1z 0A e l en 2p其 中 , 为 所 选 材 料 的磁 导 率 ; 0为 空 气 的磁 导 率 , 0=4×10-7; n p 为一 次 绕 组 匝 数 ; z 为气 隙 系 数 , z =(l e +l g /l e , 注 意 z 不 可 取 小 于 1(无 气 隙 的 任 何 值 , 折 中 选 择 1020较 好 。 从 而 可 以 求 得 气 隙 长 度

36、为 l g =0.44mm 。4实 验验 证依 据 前 述分析 , 研制 了一 台 多 功能 开关 电源 , 并 对 系统的性 能进行 了 测 试 , 表 1给 出 了 开关 电源的 电压调 整 率 、 负 载 调 整 率 、 纹 波和 效 率 。 由 表 可 见 , 在 宽 电压输入变 化 范 围 内 输 出 电压 稳 定 。 图 5给 出 了 采 样 电 阻 上 的电压 (U R S 波形和 驱 动 脉冲 (U G 波形 。 从 图 中可 以 看 出 电流 上 的 尖峰 脉冲 经 过 滤波 以 后 比 较 理 想 , 这 说 明 采 用 本文 设计的 缓 冲 电路 是 可 行 的 。测 式

37、 项 目 输 出 /V测 试 环 境测 试 结 果电压 调 整 率5121520U IN =100240V 0.60%0.42%0.37%0.32%负 载 调 整 率5121520U IN =220V I O =0. 51A I O=0. 51AI O =0. 51A I O =0.250.5A2.20%0.36%0.23%0.10%输 出 纹 波 (峰峰 值 5121520U IN =220V 40mV 50mV 55mV 75mV 效 率U IN =220V81%表 1开 关 电源 性 能 测试 结 果Tab.1Results of performance test第 31卷电 力 自 动

38、 化 设 备t :10s /divU G :10V /d i v , U R S :0. 5V /d i v图 5采样 电 阻上 的 电 压 波 形 与 驱 动 波 形Fig.5Voltage waveform of sampling resistorand driving voltage waveformDesign of multifunctional flyback switching power supplyZHANG Housheng , ZHAO Yanlei(School of Electrical &Electronic Engineering , Shandong U

39、niversity ofTechnology , Zibo 255049, China Abstract :With the peak current PWM control IC UC3842as its core , a multifunctional flyback switching power supply is designed , which has 6channels of isolated DC voltage output. Its operating principle and peripheral circuit are introduced. The EMI supp

40、ression circuit is designed to meet the requirements of electromagnetic compatibility and safety. The design of a new -type snubber circuit for transformer windings is introduced in detail and the design of its transformer is emphasized , including the calculation of Zener clamping voltage , actual

41、duty -cycle ratio and inductance , the selection of magnetic core , and the determination of winding turns and air -gap. The negative feedback regulation of output voltage and various protective mechanisms are realized. Experimental results show that the designed switching power supply has stable vo

42、ltage output , small ripple , high voltage and load regulation rates , small size , light weight and excellent elec -tromagnetic compatibility.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (50807034 .Key words :switching power supply ; flyback converter ; UC3842; snubber

43、 circuit ; transformer5结 论充 分 利用 芯片 UC3842的 引 脚 少 、 外围 电路 简 单 、 性 能 好 、 价格 低 等 优 点 , 以 其 为 核 心 开 发 了结 构 简 单 、 成 本 低 廉 、 性 能 稳 定 的 反激式 小功率 电源 。 详细 介绍 了 外围 电路 、 变压器 缓 冲 电路和 反激 变压器的 设计 。 实 现了 对 输 出 电压的 负 反 馈调 节 及 各 种 保护 机制 。 实验 结 果表 明 , 所 设计的电源 具 有 结 构 简 单 , 稳 压性 能优 良 , 纹 波 小 , 电压调 整 率 、 负 载 调 整 率高 等 优

44、 点 。 达到了 预 期 的 要 求 , 能 够 在输入电压变 化 较 大 的 情况 下 长 期 稳 定 地 工 作 。 可 作 为 工 作 电源 应用 于电 动 车 蓄 电 池 充 电器 、 风 力发电系统 、 光伏 发电系 统 、 电源 适 配器 、 应 急 照 明 设 备 等 , 具 有 良 好 的 应用 前 景 。 参考 文 献 :1林 渭勋 . 现代 电力电子 技术 M . 北 京 :机 械 工业 出 版 社 , 2007:121-130.2曲 学 基 , 王 增 福 , 曲 敬铠 . 新 编 高 频 开关 稳 定 电源 M . 北 京 :电子 工业 出 版 社 , 2005:153

45、-160. 3衡 耀 付 , 陈 富 军 . 一 种 基于 UC3842的新型 开关 稳 压电源设计 J .电力自 动化 设 备 , 2009, 29(9:133-136.HENG Yaofu , CHEN Fujun. Switching power supply based on UC3842J . Electric Power Automation Equipment , 2009, 29(9:133-136.4宋鸿 斋 , 谢 吉 华 , 陈 志 强 , 等 . 变频器 用 多 功能 开关 电源设计 J .电力自 动化 设 备 , 2008, 28(1:105-108.SONG Hon

46、gzhai , XIE Jihua , CHEN Zhiqiang , et al. Design of multifunctional switching power supply for frequency converter J . Electric Power Automation Equipment , 2008, 28(1:105-108. 5张 兰 红 . 电流控制型 反激 变换器分析与研究 J . 电力电子 技术 ,2001, 35(3:11-13.ZHANG Lanhong. Analysis and research on current control mode flyback converter J . Power Electronics , 2001, 35(3:11-13. 6董 纪 清 . 反激式 变换器 共 模 EMI 抑 制研究 J . 电 气 开关 , 2007(6:19-21.DONG Jiqing. Research on CM EMI noise suppression in fly -back converter J . Electric Switchgear , 2