反向输入端箝位电压为lV,最大限制电流Ipk(max)?1V。在RS和3脚之间,常用R、
RSC组成一个滤波器,用于抑制功率管开通时产生的电流尖峰,其时间常数近似等 于电流尖峰持续时间(通常为几百纳秒)。 (5)内部锁存器
UC3845内部设置有PWM锁存器,加入锁存器可以保证在每个振荡周期仅输出一个控制脉冲,防止噪声干扰和功率管的超功耗。 (6)图腾柱输出
UC3845的输出级为图腾柱式输出电路,输出晶体管的平均电流为±200mA,最大峰值电流可达4-1A,由于电路有峰值电流自我限制的功能,所以不必串入电流限制电阻。 (7)驱动电路
UC3845的输出能提供足够的漏电流和灌电流,非常适合驱动N沟道MOS功率 晶体管,图2-4(a)为直接驱动N沟道MOS功率管的电路,此时UCl84X和MOSFET之间不必进行隔离。若需隔离可采用图2-4(b)所示的隔离式MOSFET的驱动电路。
图2-4 驱动电路
2.3基于UC3845的控制电路设计
控制电路原理图如图2-5所示。稳压管VZ2和电阻R3是为了防止脉冲信号电压过高而照成开关管的损坏,对电路进行稳压,考虑到开关所能承受的电压,选取15V的稳压管,电阻R3=20k。电阻R11和电容C13组成RC滤波器对6脚输出的脉冲电压进行滤波,所以R11=20欧姆,C13=4700pF。 2.3.1开关频率计算
如图2-5所示,UC3844的脚8与脚4间电阻R8及脚4的接地电容C17决定了芯片内部的振荡频率,由于UC3844内部有个分频器,所以驱动MOSFET功率开
图2-5 驱动电路原理图
关管的方波频率为芯片内部振荡频率的一半。本实验设计的电路频率为40KHz,则UC3845的振荡器工作频率为80KHZ。电阻R8一般取10k,则电容C17由式2-1计算可得为2.15nF。电容C18取为0.1uF。 2.3.2保护电路设计
如图2-5所示,电源电压过压时,2脚电压将会增大,当增大到一定值后,UC3845将会关断PWM波,即让6脚输出为0,MOS管Q1关断,电源电压自然就会下降,下降到一定程度后,反馈电压VFB也同时变小,这样UC3845的6脚又开始输出PWM波,控制MOS管的开通关断,使电压维持在12V左右。
MOSFET功率开关管的源极所接的R6是电流取样电阻,变压器原边电感电流流经该电阻产生的电压经滤波后送入UC3844的脚3,构成电流控制闭环。当负载短路或过流时,通过MOS管的电流增大,则取样电阻R6上的电压也会升高,当三脚的电压高于1V时,电流采样比较器输出高电平使PWM锁存器置0而使输出封锁,从而达到保护的效果。若故障消失,下一个时钟脉冲到来时将使PWM锁存器自动复位。由于MOS管开通关断时,有可能产生电流尖峰,并传递到UC3845的3脚,为防止UC3845误保护,我们在R6上并联一个RC滤波电路,其中R5=1K,C14=470pF,这样就可以滤除电流尖峰,防止误保护。
由式1-35知,峰值电流为3.45A,则R6取0.3?/5W。
三.反馈电路工作原理及设计
反馈电路是通过输出电压引起光电耦合器PC817二极管-三极管上的电流变化取控制UC3845,调节占空比,达到稳定输出电压的目的。电路核心器件PC817和TL431。图3-1所示为反馈电路原理图,输出经过TL431反馈并将误差放大,TL431阴阳极间电压变化,引起流过光耦PC817发光部分的电流变化,而处于电源高压边的光耦感光部分得到反馈电压,用来调整的UC3845控制器输出的PWM波的开关时间,从而得到一个稳定的直流电压输出。
图3-1 反馈电路原理图
3.1反馈电路工作原理
当输出电压有变大趋势时,经两电阻R13和WR1分压后接到TL431的参考输入端(误差放大器的反向输入端)的电压升高,与TL431内部的基准参考电压2.5V作比较,使得TL431阴阳极间电压Vka降低,进而光耦二极管的电流If变大,于是光耦发光加强,感光端得到的反馈电压也就越大。UC3845在接受这个变大反馈电压后,与其内部的基准电压进行比较后导致脚1的电平变低,经过内部电流检测比较器与电流采样电压进行比较后输出变高,PWM锁存器复位,或非门输出变低,于是关断开关管,使得脉冲变窄,缩短MOSFET功率管的导通时间,于是传输到次级线圈和自馈线圈的能量减小,使输出电压Vo降低。反之亦然,总的效果是令输出电压保持恒定,不受电网电压或负载变化的影响,达到了实现输出闭环控制的目的。
3.2反馈电路设计
3.2.1稳压器TL431
TL431采用DIP-8或TO-92封装形式,引脚排列分别如图3-2所示。3个引脚分别为:阴极(CATHODE)、阳极(ANODE)和参考端(REF)。图中,A为阳极,使用时需接地;K为阴极,需经限流电阻接正电源;UREF是输出电压UO的设定端,外接电阻分压器;NC为空脚。
图3-2 TL431封装图及等效电路图
由TL431的等效电路图可以看到,Uref是一个内部的2.5V 基准源,接在运放的反相输入端。由运放的特性可知,只有当REF端(同相端)的电压非常接近Uref(2.5V)时,三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过,而且随着REF端电压的微小变化,通过三极管VT的电流将从1到100mA 变化。
前面提到TL431的内部含有一个2.5V的基准电压,所以当在REF端引入输出反馈时,器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流,控制输出电压。如图3-3所示的电路,当R1和R2的阻值确定时,两者对Vo的分压引入反馈,若Vo增大,反馈量增大,TL431的分流也就增加,从而又导致Vo下降。显见,这个深度的负反馈电路必然在Uref等于基准电压处稳定,此时 Vo=(1+R1/R2)Vref。
图3-3 TL431典型应用电路
选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出,特别地,当R1=R2时,Vo=5V。需要注意的是,在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件,就是通过阴极的电流要大于1mA。 3.2.2光电耦合器
此处选用光电耦合器PC817,PC817是常用的线性光耦,具有上下级电路完全隔离的作用,相互不产生影响,其有如下特点:
(1) 输入和输出之间的隔绝电压高:5000V
(2) 电流传输比 CTR:IF=5mA,VCE=5V时最小值为50%
(3) 紧凑型双列直插封装
PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。其内部框图如图3-4所示。
图3-4 PC817等效电路图
当输入端加电信号时,发光器发出光线,照射在受光器上,受光器接受光线后导通,产生光电流从输出端输出,从而实现了“光-电-光”的转换。普通光电耦合器只能传输数字信号(开关信号),不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件,能够传输连续变化的模拟电压或电流信号,这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号,从而使光敏晶体管的导通程度也不同,输出的电压或电流也随之不同。
3.3参数选择
TL431参考输入端的电流参考值为2uA,为了避免此端电流影响分压比和避免噪声的影响,通常取流过电阻R13的电流为参考输入端电流的100倍以上,根据公式4-1计算,取R13的值为10k
R13<=2.5V/200uA=12.5K (3-1)
根据TL431的特性,R13、WR1、Uo、Uref有固定的关系:
U0?[1?WR1]*Uref (3-2) R13则, WR1?(UO?Uref)*R13 (3-3) Uref上式中,Uref为2.5V,Uo为28V,根据(3-3)式计算得出WR1=102k。
为了取得合适的R11值,首先根据PC817的Uce与Ic关系曲线确定PC817二极管正向电流If。UC3845的误差放大器输出电压摆幅0.8V PC817的电流传输比CTR=0.8~1.6,按公式4-4计算得出通过PC817内部发光二级管的最小电流为: Ifmin?Ic5mA??6.25mA (3-4) CTR0.8