和7915稳压输出。
变压器开始向负载传递能量时,+15V输出1作为反馈端开始工作:反馈电压向C9充电将UC3842的7脚电压钳制住保持不变;反馈电压经R3和电位器RP7分压后输入UC3842的2脚的误差放大器,与芯片内部2.5V基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度,从而改变输出电压以实现反馈绕组电压稳压输出,由此可知调节图4中的电位器RP7可以改变反馈输出端的输出电压。 3.电压尖峰抑制电路
J29DS波形观测J1J2单排插针12VD2FR104R830/5WR930/5WC17103/200VC18103/200VJ2 J3 J4均为RCD调节驱动电阻调节12驱动输出R1251/0.5WR1151/0.5WV1IRFP460电流采样R210.22Ω/2W123412J4单排插针单排插针GNDJ312
图6 DS波形尖峰抑制电路
图6所示是驱动电阻和RCD缓冲电路部分,此部分设计用来抑制MOSFET漏源极电压波形尖峰即DS波形尖峰。通过J1可改变驱动电阻数值,通过J2~J4的组合可改变RCD的R、C参数。
五. 调试引脚说明:
X1:输入端X1稳压电源48V输入,注意红正黑负,如下图所示。
X2:是变压器反馈绕组T2-1稳压后15V输出端子。
X3:是变压器两个绕组T2-4、T2-2的输出电压经过7815和7915后的稳压输出端子。
6
J16:J16的GND和AC可用于观察输入交流电压波形和电压值,其中GND接示波器探头的地;如下图所示。同理,GND和DC可用于观察经整流和滤波之后的直流电压波形和电压值;GND和CT可用于观察芯片UC3842的4脚的锯齿波输出;GND和OUT可用于观察芯片UC3842的6脚波形输出(MOS管驱动波形)。
J21:可用于观察反馈绕组端输出电压。(见图5)
J22:1端和12端为变压器副边输出电压观测端,分别对应两个绕组T2-4、T2-2的输出电压,3端和9端是变压器两个绕组T2-4、T2-2的输出电压经过7815和7915稳压输出。(可参照图5的原理图)
J29:为MOSFET漏源极电压波形尖峰观测端,即DS波形尖峰观测端。 可以通过一些短路块的调整,来观测DS波形尖峰的变化(可参考图6): 1) J1用于调节驱动电阻,接上短路块后并联一电阻使总驱动电阻变小;
2) J4接短路块时,表示RCD缓冲电路接入电路,但缓冲电路内部只有R8和C17起作用;
J4、J3、J2均接短路块,内部R8、R9、C17和C18起作用,缓冲电路的总电阻变小,总电容变大。
J5、J6、J7、J8为负载选择端:J5、J6端接上短路块表示反馈绕组端接上负载;
7
J7,J8端接上短路块表示变压器副边另两个绕组T2-4、T2-2端输出接上负载(参考图5)。
六.实验步骤
1.反激式变压器设计
设计一个安匝连续的反激变压器
(1)决定设计反激变压器有关的电源参数。 输入电压 Ui:48±7V 输出电压 Uo:15V 满载电流 Io:0.2A
电路拓扑 反激连续模式 开关频率 fs:100kHz
设定占空比 D:在48V输入时0.4
最大纹波电流 ΔI:0.03A(次级),55V输入 变压器效率 η:80% 输出功率 P0=18W
峰值短路电流 Isp:6.474A(次级)
次级电感 L:18.23μH (D=0.4, ΔI=0.03A) 最大损耗(绝对):2.0W 最大温升 40℃
冷却方式 自然对流 (2)初步计算:
Uo'等于输出电压加上整流器、功率开关、线圈和电感电阻压降,在额定Ui =48V和设定的占空比为0.4时匝比为:
UDn?i' Uo1?D应首先计算低Ui时占空比D、交流和直流分量。低输入电压时的占空比为:
'nUo Dmax?'Ui?nUo线圈取整后,占空比要相应发生变化,电流推迟到后面计算。 (3)部分参数计算:
Pi?P0?,Uimin?41V,且有Pi?PiUimin12LI1pf, 2Uimin?
LI1pDmaxT,两式相除的
12LI1pf2?,由此解得I1p。 LI1pDmaxT8
根据公式得初级短路峰值电流:Isp1?1.3I1p 另有: I2p?nI1p,Isp2?1.3I2p。 由:I2p''U0U0 ?(1?D),得L2?(1-D)fL2I2pf初级电流:I1L=I0/n
(4)用产品手册选择磁芯材料:磁芯材料为铁氧体,Philips 3C90。100℃
时,饱和磁感应为0.32T。
mW/cm3200kHz100kHz(5)决定磁芯工作的最大磁通密度和最大10350kHz磁通密度摆幅。如右图,采用磁芯比损耗为
100W/cm3时,工作频率f =100kHz对应的B值约
25kHz为120mT。电感安匝连续模式,饱和限制了最大磁通密度Bmax=0.12T(3000高斯)。因此,在峰值
短路时,B将达到Bmax=0.12T。假定加了气隙的102磁芯的B-H特性线性度好,ΔBmax与电流纹波(在55V)将是:
?Bmax?Bmax?I0.03?0.12?0.00056T ISP26.474将峰峰值磁通密度摆幅除以2是0.03T(300
40100200300(mT)高斯)。
在3C90材料磁芯损耗曲线上查300高斯,纹图7 不同频率下比损耗与峰
值磁感应强度的关系波频率100kHz时比损耗近似为100mW/cm3。比经
验值100mW/cm3小得多,磁芯损耗可忽略不计。
因此,在ISP=6.474A时达到Bmax,而ΔI=0.045A时ΔBmax仅为0.0028T。
(6)选取Bmax=0.3T,反激变压器K1=0.0085
?LISP2I1L?3AP????
B?maxK1?4磁芯类型选择:查表得磁芯EI22的磁芯AP=0.1225cm4, 如果选择EI22容易引起磁饱和。因此选择EE25磁芯,其AP为0.3515cm4,裕量充分,查表得
EE25磁芯的磁芯参数为:
有效截面积 Ae:0.429cm2 体积 Ve:4.17cm3 磁路长度 le:4.95cm
中柱直径 C:0.655cm,D:0.655cm 窗口面积 Aw:0.8194cm2
(7)根据需要的电感量计算次级匝数(L-μH;尺寸-cm):
N2?L?I?10?2
?BmaxAe根据匝比求得初级匝数:
9
N1?N2?n
(8)根据要求的电感量计算所需的气隙长度(L-μH;尺寸-cm):
A?g??0N2g?104
L(9)计算100kHz时的穿透深度
76.5 ??f(10)计算导线尺寸
次级线圈:Uo=41V,1-Dmax=0.56。 输出电流:Io=0.2A 平均峰值电流:
IoI2a?
1?Dmax电流有效值:
2I2?(1?Dmax)I2a 选择电流密度为4A/mm2,导线截面为0.267/=0.066mm2,次级线圈可以选用
AWG30号导线绕制,每股导线截面0.06785mm2。
初级线圈:Ui=41V,Dmax=0.44。
因为初级和次级的平均安匝总是相等的,一起驱动电感磁芯。因此 平均峰值电流:I1a=I2a/n
2有效值电流:I1?Dmax?I1a I?1.3I1p峰值短路电流:sp1
另有: I2p?nI1p,Isp2?1.3I2p 由:I2p''U0U0 ?(1?D),得L2?(1-D)fL2I2pf初级电流:I1L=I0 n选择电流密度为4A/mm2,导线截面为0.13/4=0.0325mm2,初级线圈可以选用AWG33号导线绕制,每股导线截面0.03662mm2。
T2-4和T2-2端匝数按类似方法计算。设计变压器时采用不同匝比可得到不同输出电压值,由于稳压块7815和7915的启动电压在17V-30V之间,因此绕制变压器时T2-4和T2-2的匝数与T2-1(+15V)的不同。单排插针J22的1脚和9脚用来测变压器T2-4、T2-2端输出电压值,本实验中取此值约为25V,最后输出端稳定输出±15V电压。
2.变压器绕制方法:
设变压器原边匝数为n1,副边+15V(反馈端)匝数为n2,±15V匝数为n3。 1)拿到变压器骨架后首先确定1,2,3,4,5,6,7脚 2)1(原边),4,6,7脚为同名端
3) 第一层先绕副边,从4脚进线,为了不容易绕错,顺时针绕线,绕n2匝,
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