1、    470v開關電源電路設計    馬懷宇摘要：在電子技術飛速發展的今天，許多電子系統的設計，如液晶屏供電系統，大功率快速轉換開關系統，絕緣測試系統等都用到高電壓電源，使得高電壓電源的設計變得越來越重要，該文介紹了一種以pwm轉換芯片uc3842為核心，采用反激式拓撲結構的輸出電壓高達-470v的開關電源電路設計，該設計具有輸出功率高，轉換效率高的特點。關鍵詞：uc3842；反激式拓撲結構；-470v；開關電源：tp303 ：a ：1009-3044（2015）24-0160-03-470v switching power supply circui

2、t designma huai-yu（ocean univercity of china， qingdao 266107， china）abstract：in the rapid development of electronic technology today， many design of electronic systems， such as lcd power supply system， high-power fast transfer switch systems， insulation test system uses high-voltage power supply and

3、 so on， so that the high voltage power supply design is becoming increasingly important this paper introduces a kind of pwm converter chip uc3842 as the core， the output voltage flyback topology switching power supply up to -470v circuit design， the design has a high output power， high conversion ef

4、ficiency.key words：uc3842； flyback topology； -470v； switching power supply1 概述隨著科學技術的飛速發展，高電壓電源在日常的生產、生活中應用越來越廣泛，它尤其在液晶屏供電，大功率快速轉換開關供電，絕緣測試等領域中應用更為廣泛，本產品是將220v交流市電利用pwm轉換芯片uc3842，采用反激式拓撲結構設計，轉換為高性能的-470v，200ma的高壓電源，具有高電壓，大電流的特點，能較好地滿足系統要求。2 工作原理-470v電源電路圖如圖1所示：2.1 總體思路根據設計要求分析，電源的輸出功率po=vo×io=5

5、00×0.2=100w，假設該電源效率80%，則變換器輸出功率=100/0.8=125w，則本電源可采用隔離式反激型變換器電路結構進行設計，本電源擬采用的pwm控制器為美國ti公司的uc3842，它屬于電流峰值模式控制pwm，采用igbt管fga25n120作為開關管進行工作，采用外購的變壓器進行升壓及電路調整用。2.2 電路分析2.2.1 uc3842及其外圍電路uc3842是一種單端輸出控制電路芯片，采用峰值電流模式控制。其最大的優點為：外接元件少，接線簡單，可靠性高，成本低，uc3842內部方框圖如圖2所示。由圖可見，其引腳有8個，但一樣可以使得內部e/a誤差放大器構成閉環，利

6、用電流測定，電流測定比較器構成電流閉環。端口8為內部供外用的基準電壓5v，帶載能力50ma；端口7為集成塊工作電源vcc，電壓范圍為8v-40v，啟動電壓閾值為16v，關閉閾值為10v，6v的啟動與關閉差值可有效地防止電路再閾值電壓附近工作時產生振蕩，其內部連接有34v穩壓管有效防止高壓造成的損失，端口6為推挽輸出端，具有拉、灌電流的能力，輸出平均電流為200ma，最大電流為1a；端口5為地，端口4為振蕩器工作頻率控制端，工作頻率最高可達500khz，端口3為電流敏感和限制電路接口，可采用回路接電阻將電流取樣送至3端，當3端電壓高于1v時，電流敏感比較器輸出高電平，將pwm鎖存器復位，使輸出關

7、閉。若故障消失，下一個時鐘周期將pwm鎖存器自動置位。端口2為誤差放大器的反向輸出，通過連接變壓器的調整端，通過調整輸出端電流的占空比，調整輸出電壓。端口1為誤差放大器輸出，用于環路補償。參考圖一及上面所述可得，uc3842外圍電路的主要作用是：r1，d4，c5，c6組成uc3842的供電電路，r3，r4，d4，c5，c6組成電壓調整反饋電路，用于輸出電壓調整。r5， r3，r4，d4，c5，c6，c7組成環路補償電路；r6，r7，d6組成輸出驅動電路，將輸出驅動電流轉化為驅動電壓，驅動開關管工作，c10為標準電壓源的去耦電容，c11，r9為定時元件，決定uc3842的振蕩頻率，r10，r11

8、， c12構成峰值電流檢測電流，當檢測值超過規定電流值后，輸出關閉。2.2.2 fga25n120及其外圍電路分析電源采用igbt管fga25n120作為開關管，igbt管是mosfet與gtr（大功率晶體管）復合而成，具有mosfet的電壓型驅動，驅動功率小的特點，同時具有gtr飽和壓降低和可耐高壓和大電流等一系列應用上的優點，本電源中使用的fga25n120其特性參數為：ic=50a，vceo=2v，td（on）=50ns，td（off）=190 ns，tr=90ns，tf=180ns，可以滿足本電源的參數要求。其外圍電路r2，d3，c3構成充放電型rc-d緩沖電路；r8，d5，c9構成的

9、放電阻止型rc-d緩沖電路。 2.2.3 變壓器及其外圍電路變壓器采用外購件，為三端變壓器，即輸入端，輸出端及反饋調整端，其外圍電路c1，f1構成交流保護電路，d1，l1，c2構成全波整流電路，r12，r13，d2，c4，c8構成反激式整流電路。2.2.4 電路參數確定2.2.4.1 主電路參數確定由于本電源采用反激式結構設計，由于反激式電路工作于電流連續模式時，其磁芯的利用率會顯著下降，因此在實際使用中，通常避免該電路工作于電流連續工作模式，根據反激型電路的電流連續臨界條件為：lrts（1-dmax）22 （1）式中r為電源負載，r=voio=4700.2=2.35kts為振蕩周期，設本電源

10、工作頻率為80khz，則ts=0.0125ms；dmax為最大占空比，假設最大占空比為40%；則可以得出變壓器輸出側電感量為l5.4mh輸出端檢波二極管采用1n4007，其正向通過電流可達1a，反向耐壓為1kv。滿足設計要求；由于耐壓原因，現采用c4與c13兩只100uf/400v電容進行串聯工作，等效為50uf/800v電容工作，因=rc=0.12ms遠遠大于ts=0.0125ms，滿足設計要求，r12，r13為均壓電阻，阻值=10.015c=680k。開關管采用fga25n120，計算平均輸入電流：is=pvs=125286=0.44a （2）相應的原邊峰值電流：ipeak=istston

11、=0.44×2.5=1.1a （3）最大直流輸入電壓為：vinmax=2×220=310v （4）則箝位電壓為vclamp=0.9vbr（dss）-vinmax=1080-310=670v （5）最小直流輸入電壓為：vinmin=1.1×220=232v （6）則次級反射電壓為：vor=（ vinmin-vds）×dmax1-dmax=153v （7）則由r2、c3、d3組成的充放電型rc-d緩沖器參數可求得得箝位電阻為：r2=2（vclamp-vor）vclampllkipeak2fs=2×（670-153）6701.8×10-3*

12、0.05×（1.1）2×80×103=80k （8）箝位電容為：c3vclampcclampr2fs=670670×2%×43×103×80×103=15nf （9）其中cclamp為vclamp的浮動值，一般為vclamp的2%-10%之間，現取最小值2%vclamp。則c3取值為15nf。d3為快速恢復二極管fr107。另c9、r8、d5組成放電阻止型rc-d電路，取值為c9=820pf，r8=2.4k，d5為快速恢復二極管fr107。2.2.4.2 控制電路參數確定控制電路以uc3842為核心器件進行設計，根

13、據器件特性，取去耦電容c10為0.1uf。誤差放大器反饋電阻r5的取值為：r51.0v+1.4v0.5ma=4.8k則取r5為10k反饋電容c7起高頻反饋及防止振蕩的作用，取值為0.01uf。在自啟動電路中，取電阻r1為120k，取自啟動濾波電容c5為0.1uf，c6為100uf/50v；設輔助線圈輸出電壓為13v左右，電阻r3、r4為啟動電路及電壓反饋電路共用的外圍器件，設自啟動電壓范圍為16v-40v，送入2腳的電壓為2.5v左右，則r3、r4取值為：vinmin16120+r3+r4r3+r4vinmax40 （10）r4r4+r3=2.513 （11）可以得出：r3=14.4k；r4=

14、3.6kr9、c11為定時電阻rt、ct及電容，根據uc3842資料可得，在反激式結構中，死區時間應盡量小，應采用大定時電阻，小定時電容的方式，r95k，在此設計中取r9=10k，又由下面公式：fs=1.8rtct （12）可得定時電容c11為2200pf。r10、r11、c12組成電流取樣電路，根據式3可得，峰值電流為1.1a，留有余量后，設保護門限電流值為2a，可得門限電阻r11為：rth=vthith=12=0.5 （13）r10與c12為濾波去干擾電路，防止開關電源誤關斷，現設r10為1k，c12為470pf，根據實際電路還需調整具體取值。r6、r7、d6組成uc3842的驅動電路，其

15、中r6、r7為柵極限流電路，同時r6與15v穩壓管d6組成柵極保護電路，取r6為30，r7為3k。2.2.4.3 變壓器參數確定變壓器匝數比為np：ns：nl=vor：vo：vl=153：470：1312：36：1其中，np為原邊匝數，ns為輸出端匝數，nl為調整端匝數，同時根據式1得出ns5.4mh，則要求np1.8mh，nl0.15mh。3 性能測試本電路設計成功后，對各個電路中的關鍵節點進行了測試驗證，uc3842的4腳即頻率控制端的波形如圖3所示：從上邊各點的測試情況分析，本電路滿足系統要求。4 結束語本文給出了一種由uc3842為pwm控制器，由igbt管fga25n120作為開關管，采用反激式拓撲結構設計的輸出電壓達到-470v，功率為100w的開關電源的設計方法，并通過分析推導得出了電路中各元器件的詳細參數。經過實際電路搭建進行驗證后，發現該電路是切實可行的，可廣泛應用于需輸出負高電壓，中小功率的電源系統中。參考文獻：1