由UC3841控制的300W離線式開關(guān)電源

器件在線 
　由UC3841控制的300W離線式開關(guān)電源
楊富印
　
摘要：本文介紹了由UC3841控制的300W離線式開關(guān)電源的組成及特點(diǎn)，詳細(xì)分析了該電源的工作原理。最后，為了便于讀者自行設(shè)計(jì)，本文還給出了實(shí)用的設(shè)計(jì)公式。
關(guān)鍵詞：離線式開關(guān)電源；PWM控制；正激式電路；反激式電路；UC3841
　 
1. 電路組成及特點(diǎn) 
1.1 電路組成
    由UC3841控制的300W離線式電源電路。它主要由控制和驅(qū)動(dòng)電路、輸出電路組成。
1.1.1 控制驅(qū)動(dòng)電路
    控制驅(qū)動(dòng)電路主要由UC3841構(gòu)成。UC3841除了輸出PWM驅(qū)動(dòng)脈沖外，還可以與外圍元件配合完成軟啟動(dòng)、限流、短路保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)及自動(dòng)重新啟動(dòng)等功能。
    軟啟動(dòng)電路由R17和C14組成；限流電路由R18、R19、R27及UC3841內(nèi)部的電流取樣比較器構(gòu)成；短路保護(hù)電路由限流電路和UC3841內(nèi)部的故障鎖存器構(gòu)成；欠壓保護(hù)電路由R5、R6及UC3841內(nèi)部的欠壓保護(hù)比較器、故障鎖存器構(gòu)成；過壓保護(hù)電路由R3、R4及UC3841內(nèi)部的過壓保護(hù)比較器、故障鎖存器構(gòu)成；自動(dòng)重啟動(dòng)電路由UC3841內(nèi)部的啟動(dòng)和關(guān)斷電路構(gòu)成。
    UC3707驅(qū)動(dòng)器用于提高UC3841輸出的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖電流，T1起升壓和高低壓隔離作用；D4、D5、D7、D8齊納二極管用于限制功率開關(guān)管的柵源電壓。
1.1.2 輸出電路
    輸出電路由開關(guān)管（Q2和Q3）、輸出變壓器T2、整流管D10、電壓L1及C21～C24構(gòu)成。
1.2 電路特點(diǎn)
    ●采用二個(gè)400V MOSFET代替一個(gè)800V MOSFET,大大提高了經(jīng)濟(jì)性。
    ●正激式電路的峰值電流和波紋比反激式電路小得多。
    ●箝位由工頻整流電壓實(shí)現(xiàn)，從而避免使用耗能的高壓緩沖器。
    ●變壓器自動(dòng)復(fù)位
2. 電路工作原理
2.1 電源啟動(dòng)原理
     當(dāng)剛加上輸入交流電源時(shí)，由于UC3841的5V基準(zhǔn)電壓還沒有建立，軟啟動(dòng)電路處于關(guān)斷狀態(tài)。因此，使UC3841及驅(qū)動(dòng)器UC3707處于關(guān)斷狀態(tài)。在此期間，工頻整流電壓通過R2、R5、R6給C10充電。
    當(dāng)C10兩端電壓上升到一定值時(shí)，UC3841的5V基準(zhǔn)電壓建立。5V基準(zhǔn)電壓通過R17給C14充電，開始軟啟動(dòng)過程。同時(shí)，UC3841為UC3707驅(qū)動(dòng)器提供偏置電壓也隨之下降。此時(shí)，UC3841仍無PW驅(qū)動(dòng)脈沖輸出（C14兩端有為低電平）。
    當(dāng)C14兩端電壓上升到一定值時(shí)，UC3841開始輸出PWM驅(qū)動(dòng)脈沖（C14兩端電壓處于高電平），開始輸出直流電壓。脈沖寬度開始增加（增加速度由R17和C14決定），輸出直流電壓也隨之增大。在此期間，C10仍處于放電狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)器偏置電壓也繼續(xù)下降 ，PWM脈沖幅度下降。
    C10兩端電壓下降到一定值時(shí)，輸出直流電壓使D2導(dǎo)通。隨著輸出直流電壓增大，C10改由輸出直流電壓充電。因此，驅(qū)動(dòng)器偏置電壓開始增大，PWM脈沖寬度和幅度增大。在此期間，C14仍處于充電狀態(tài)。
    當(dāng)輸出電壓增加到規(guī)定什（15V）時(shí)，D3A、D3B開始穩(wěn)壓，使UC3841輸出的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖寬度和幅度保持恒定。因此，輸出直流電壓穩(wěn)定在規(guī)定值（15V）。在此期間，C10、C14兩端電壓及驅(qū)動(dòng)器偏置電壓不再變化。
     如果啟動(dòng)失?。ú荒芙⒎€(wěn)定的輸出電壓），C10兩端電壓下降，使UC3841的5V基準(zhǔn)電壓消失，C14開始放電，從而中斷電源啟動(dòng)過程。然后，重新開始啟動(dòng)過程。
2.2 故障保護(hù)原理
2.2.1 限流原理
     當(dāng)輸出電流超過23A時(shí)，R27兩端電壓增加到一定值，經(jīng)過UC3841內(nèi)部的電流取樣比較器比較后，使UC3841輸出的PWM脈沖寬度減小，從而使輸出電流下降。
2.2.2 短路保護(hù)原理
     當(dāng)輸出突然短路時(shí)，R27兩端電壓大大增加，經(jīng)過UC3841內(nèi)部的電流取樣比較器比較后，關(guān)斷內(nèi)部故障鎖存器，從而立即中斷PWM脈沖輸出。
2.2.3 欠壓保護(hù)原理
     當(dāng)輸出電壓低于最小值時(shí)，R6兩端電壓很小，經(jīng)過UC3841內(nèi)部的欠壓保護(hù)比較器比較后，判斷內(nèi)部故障鎖存器，從而中斷PWAM脈沖的輸出。
2.2.4 過壓保原理
     當(dāng)輸出電壓高于最大值時(shí)，R4兩端電壓增加很大，經(jīng)過UC3841內(nèi)部的過壓保護(hù)比較器比較后，關(guān)斷內(nèi)部的故障鎖存器，從而立即中斷PWM脈沖輸出。
3. 設(shè)計(jì)指標(biāo)
    ●交流輸入電壓＝85～135V；
    ●交流輸入電壓＝170～275V；
    ●最小工頻頻率＝50Hz；
    ●輸出電壓＝15V；
    ●最大連續(xù)輸出電流＝20A；
    ●開關(guān)頻率＝200kHz；
    ●交流輸入變化引起的輸出電壓變化＝10mV；
    ●負(fù)載變化引起的輸出電壓變化＝10mV；
    ●輸出紋波電壓（峰峰值）＝100mV(0～20MHz）；
    ●滿載效率＝85%
4. 電路設(shè)計(jì)
4.1 輸入電容
    在設(shè)計(jì)輸入電容時(shí)，應(yīng)該考慮的因素包括：由于電容維持電源在交流一個(gè)周期內(nèi)的正常工作，因此要保持最小的工頻整流電壓；在交流輸入中斷時(shí)，要求輸入電容能提供最小的保護(hù)時(shí)間；滿足交流有效值充電電流的要求。
    根據(jù)以上要求，輸入電容值可用下式求得：
其中PO為功率，η為效率，fO為工頻頻率，VCP為電容兩端最大電壓，VCMIN為電容兩端最小電壓。
4.2 初級(jí)和次級(jí)電流
     為了選擇開關(guān)管、二極管及變壓器導(dǎo)線的尺寸，必須確定最大初級(jí)和次級(jí)電流。初級(jí)峰值電流近似為：
其中VDCMIN為最小工頻整流電壓，DMAX為PWM脈沖的最大占空比。對(duì)于矩形脈沖來說，有效值電流等于峰值電流和占空比平方根的乘積。
4.3 MOSFET
    由于采用雙MOSFET作為功率開關(guān)，因此每一個(gè)功率開關(guān)最高電壓不超過最大工頻整流電壓。散熱要求由開關(guān)管導(dǎo)通電壓功耗決定：
     PL=IPP2