半桥 反激 输入电容 驱动 采样 保护 计算方法(4)

2019-03-22 09:51

uc3843 7.6~8.5 95% uc3844 10~16V 50% uc3845 7.6~8.5 50% 3、电源输入端电容电容量

在选择好控制芯片和主回路拓扑结构以后开始进入原理图设计阶段。 首先,电源要求满足 AC220±22V 的电压波动,那么在整流后,最小的输入电压(峰值)就是: ( 220V-22V) *1.414=280V

输入交流电压-波动量*2开方=最小输入交流电压峰值

在实际设计中我还要为这个值留一个波动的裕量,在输入 250V 时仍能正常工作;那么电容上电压的波动就是 280-250=30V;

确定电容充电间隔时间,根据上面的模型可以知道这个值是 10ms:然后计算后面电路消耗的电流。1S=103mS=106uS=109nS

220V/50HZ交流电整流滤波后为100HZ脉动直流, 100HZ/1S=100HZ/1000Ms=1/10 mS 关于开关电源的第一个重要公式:

IPK=2*P/ q- V

原边电流峰值=2*电源功率/占空比最大值-输入电压最小值

??Ipk:原边电流峰值(

A)

P:电源功率( W) q:占空比最大值

V:输入电压最小值( V)

按这个公式计算出原边电流的峰值,其中电源功率算 100W (80%的效率

挺好的),占空比 0.45,电压 250V,那么电流峰值就是 1.78A。这里再次简化模型以避免积分运算,以峰值电流的一半代替平均电流计算,再考虑占空比只有 45%,那么电流就还要再小一倍,得出放电电流大约是: 1.78/4=0.445A。在 10ms 内以 0.445A 放电,可以放掉的电荷量:

Q=1/2*1/2*IPK*S

Q= 0.445*0.01=4.45*10

-3

电荷量(Q)=原边电流的峰值(A)*电容放电时间(S) ( C) [电量 单位库仑] 那么:

C = Q/?V=4.45*10

-3

/30=148μF

电容容量=电荷量/电容上电压波动量

考虑到铝电解电容 20%的容量误差和容量会随着时间推移逐渐减少,选择

220uF 的电容。

在大功率的电源里,这个电容的存在会影响电源的功率因数,所以有的电源设计里在电容前会加上一个电感来修正功率因数,称为 PFC( Power Factor Correction,功率因数校正),这个概念相当于用电感和电容构成一个串联谐振电路,使这个回路对 50Hz 的频率谐振,从而对外呈现纯电阻性质的负载,而不影响功率因数。在多数电源里会加一组由安规电容及共轭滤波电感构成的滤波系统,此外再加上一些自恢复保险、压敏电阻等组成保护电路。 4、 PWM 芯片的供电回路

UC3844是整流后的输入电压通过一个大阻值的电阻向芯片供电,当电源开始工作以后,由馈电绕组 T2 接替向芯片供电。为了使芯片正常工作,第一就是要选择一个合适的大阻值的电阻向芯片供电。

已知条件:

??芯片的工作电压是 10~16V,要使芯片开始工作必须使芯片的供电电压达到 16V 以上;

??芯片的一般工作电流是 10mA,待机电流是 0.5mA ( 0.5mA 是最大值,标准值是 0.3mA);

??芯片的最大工作电压是 36V;

??芯片内部有一个 36V 的稳压二极管,齐纳电流是 20mA;

先考虑最坏情况下,芯片不能损坏的电阻值:也就是输入电压最高、馈电绕组没有正常进入工作,此时输入电压加到芯片上和稳压二极管上,在 30mA 的电流下不能超过 36V。假设电源电压是 220+10%,则整流滤波后的直流电压是 342V,则电阻值 R 的取值就是:

R=342?36/30 *10

-3

=10206=10K

供电电阻=(直流电压-芯片电压)/芯片电流

也就是说电阻的取值最小不能小于

10K;

电阻取值的最大值,这个最大值要保证芯片供电引脚上的电压在输入电压最小值时能满足启动要求的 16V,也就是说供电电流大于 0.5mA 时芯片仍能得到 16V 的电压。假设电源电压是 220-10%,则整流滤波后的直流电压是 198V,则电阻值 R 的取值就是:

R =198-16/0.5 *10

-3

=364*103=364K

10K~364K 之间。

即电阻的取值应该在

上面是极限值的计算,接下来计算比较一般的情况,假设馈电绕组正常,为了让电路在馈电支持下能够正常工作,芯片的功耗又不致过大,那么应该为芯片选择个较为理想的工作电压,假设是 12V。即馈电绕组的输出是 12V。

那么这个电阻的选择应该使芯片在正常工作电流时出现在芯片引脚上的电压低于 12V,则电阻值为:

342- 12/10 *10

-3

=33000=33K

即理想的电阻阻值应大于 33K。

那么这个电阻的阻值选的过大会发生什么情况呢?当芯片没有开始工作时,输入电压通过这个电阻向芯片电源上的滤波电容 C2 充电,直到电压达到 16V 以后芯片才会开始工作。如果这个电阻设置的过大,则在这个滤波电容 C2 有一定容量的条件下,这个充电过程会比较长,甚至你会看到这样一个情况,在为电源接通输入后,电源似乎会沉默一会儿然后才“啪”的一声开始工作。我觉得你不会喜欢发生这种状况,所以这个电阻不宜取得过大。在我做的这个电源中,我决定把这个电阻选为 39K。在这个取值上,电阻的功率并不是很大的问题,假设 342伏的电压全部加在电阻上,电阻的功耗是 3 瓦,但因为它基本上是在芯片启动的那一段时间工作,所以用个 1~2 瓦的电阻都可以。但是必须注意到这是一个有耐压要求的电阻,原因当然不用我做过多的说明,基本上这应该是一个耐压 300V 的电阻,留出余量以后选用 400V 的耐压档位是比较理想的。

选定了这个电阻,其他的部分就相对简单一点了。

首先是滤波用的电容,这里电容的取值是这样确定的,当电容充电到 16V 的时候,电路开始工作,除了电路本身逻辑要消耗 10mA 的电流,驱动开关管还需要额外消耗 40mA 电流,那么总的电流消耗大致算 50mA;而由于软启动(后面再详细说)、电源的逐渐稳定等等因素存在,可能在 10ms 内无法由馈电回路提供电源,此时芯片就要消耗电容存储的能量。这个存储的能量必须在 10ms 内维持不能跌落到 10V 以下,否则芯片会再次进入欠压锁定。那

么在 10ms 内维持 50mA 的电流,需要的电量就是:

50*10-3

* 10*10-3=0.5*10-3( C)

放电电流*放电时间=电量 则电容量要满足: C = Q/?V=0.5*10-3=83μF

实际选择 100uF,耐压 36V 的型号,再并联一个 0.1uF 的无极性的电容减少铝电解电容的 ESR 较大的影响。

这个电容如果太大,会像前面说的,电路的启动过程太慢,注意这可不是通常说的对电路有保护作用的软启动。所以电容值适当就好。

馈电绕组的整流二极管选用肖特基的,耐压超过 36V(超过芯片内的稳压二极管,这样在芯片没有正常工作时不致被反向击穿),电流超过 100mA 即可(几乎所有的二极管都能满足)。 5、定时电阻和电容

决定芯片输出频率的是定时电阻和电容,但在开始的时候必须先介绍一下芯片的电压基准。在芯片内部有一个 5V 的电压基准(对于军品和工业品级的芯片这个基准的精度是 1%,而商用级的是 2%),这个电压基准是很有用的,首先它被用来给定时电路充电,其次可以用于电压反馈电路的供电,最后可以用来在调试初期判断芯片是否正常工作。在芯片的数据手册里,说明了在定时部分,这个 5V 电压首先通过定时电阻 RT 向定时电容 CT 充电,当 CT 充电到 2.8V 时,会触发一个 8.3mA 的电流源对电容放电,放电到 1.2V 时停止放电,电容再次开始充电。这个充电-放电的过程周而复始,从而确定了芯片的振荡频率。在 3842/3843 芯片中,这个振荡频率就是输出的开关频率,而在 3844/3845 芯片中,还有一个额外的逻辑在振荡器输出波形中每 2 个


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