采用UC3901控製芯片高壓電源模塊設計方法
發布時間:2011-04-02
- UC3901控製器的功能特點
- 磁隔離反饋式高壓電源的設計要求
- 相關的電路設計
為了提高高壓電源係統的可靠性,減小高壓電路對低壓電路的影響,高壓與低壓電路應當相互隔離。常用的隔離方法是:功率主電路采用變壓器隔離,反饋控製電路采用光耦隔離。這樣的隔離設計方法簡單可靠,應用範圍廣。但在高可靠的應用場合(如抗輻照)或隔離要求較高(如2500 V以上)的場合,光耦隔離就顯得力不從心了,這時的磁反饋隔離是一種比較合適的控製電路隔離方法,本文將介紹采用UC3901控製芯片的磁反饋、小型化高壓電源模塊的設計方法。
1 UC3901控製器的功能特點
UC3901是TI公司生產的隔離反饋發生器。利用UC3901和隔離變壓器以及整流濾波電路一起,可以很方便的實現DC/DC電源中控製電路的磁隔離反饋功能。UC3901內部主要有電壓基準、放大器電路、振蕩電路、幅度調製電路、輸出驅動電路。UC390l的工作電壓範圍可以達到4.5 V~40 V,在工作電壓低於4.5 V時(shi),器(qi)件(jian)的(de)輸(shu)出(chu)是(shi)閉(bi)鎖(suo)的(de),這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)出(chu)現(xian)誤(wu)操(cao)作(zuo)。該(gai)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)作(zuo)為(wei)放(fang)大(da)器(qi)的(de)基(ji)準(zhun)信(xin)號(hao)。由(you)於(yu)該(gai)芯(xin)片(pian)自(zi)帶(dai)振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu),所(suo)以(yi),工(gong)作(zuo)時(shi)無(wu)須(xu)外(wai)加(jia)振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)就(jiu)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)調(tiao)幅(fu)信(xin)號(hao)的(de)輸(shu)出(chu),該(gai)自(zi)帶(dai)振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)在(zai)需(xu)要(yao)時(shi)還(hai)可(ke)以(yi)方(fang)便(bian)地(di)與(yu)外(wai)部(bu)電(dian)路(lu)的(de)振(zhen)蕩(dang)信(xin)號(hao)實(shi)現(xian)同(tong)步(bu),從(cong)而(er)滿(man)足(zu)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)特(te)殊(shu)要(yao)求(qiu)。調(tiao)幅(fu)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)出(chu)端(duan)具(ju)有(you)15 mA的電流輸出能力,吸電流能力為700μA,如果要擴展吸電流能力,還可以外接擴流電阻。
2 磁隔離反饋式高壓電源的設計要求
本文給出采用UC3901磁隔離反饋控製器進行小型高壓電源的設計方法,該電源的設計要求如下:輸入電壓(V):20~32;額定電壓(V):22;輸出電壓(V):300±10;輸出電流(mA)≤20;紋波(mV):≤1500;效率(η):≥75%;電壓調整度(V):≤2;負載調整度(V):≤5;輸出電壓過衝≤10%;輸出電壓延遲≤30ms。
3 電路設計
磁隔離反饋高壓電源的原理,輸入濾波電路采用的是LC無(wu)源(yuan)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu),功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)電(dian)路(lu)采(cai)用(yong)的(de)是(shi)推(tui)挽(wan)變(bian)換(huan)電(dian)路(lu)和(he)功(gong)率(lv)變(bian)壓(ya)器(qi)隔(ge)離(li)設(she)計(ji),輸(shu)出(chu)整(zheng)流(liu)采(cai)用(yong)的(de)是(shi)倍(bei)壓(ya)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu),輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)采(cai)用(yong)的(de)是(shi)電(dian)容(rong)濾(lv)波(bo),必(bi)要(yao)時(shi)可(ke)以(yi)加(jia)入(ru)LC二次濾波,磁隔離反饋控製電路采用了磁隔離控製電路(UC3901)、磁隔離變壓器和整流濾波電路組成,PWM推挽控製電路采用UC3525進行設計。
3.1 PWM電路設計
這個高壓電源的PWM主控芯片采用推挽控製芯片UC3525,該芯片的1腳接反饋控製信號,內部是比較放大器的反向輸入端,2腳內部是比較放大器的正向輸入端,外部則通過電阻R19、R4設置放大器的基準比較電壓,該電壓的值應該小於反饋控製信號的最大值,由於本設計中的磁隔離反饋變壓器的匝比是1:1,反饋控製信號的最大值是2 V,所以2腳的電壓設置為1.8 V。C4、R5分別是振蕩電容和振蕩電阻,它們決定了UC3525的工作頻率,R15、C10是比較放大器的反饋網絡,11腳和14腳是PWM信號輸出端,通過兩個電阻R5、R7分別接到主電路的兩個VMOS管的柵極,R5、R7的值可以是幾個歐姆,通常用來減小柵極振蕩。
3.2 磁反饋電路設計
磁反饋隔離電路可由磁反饋控製器UC3901、隔離變壓器T2和信號整流濾波電路(V2、C5、R9)組成。
UC390l的10腳是內部放大器的同向輸入端,可直接接1.5 V基準信號,11腳是內部放大器的反向輸入端,接輸出電壓的反饋信號,C12、R15是放大器的反饋網絡,可通過試驗確定參數,C13、R16是振蕩電容和電阻。
3.3 整流電路
shuchuzhengliudianlucaiyongdeshibeiyazhengliufangshi。zaigaoyaxiaogonglvshuchuchanghe,zheshiyizhongbijiaoshiyongdedianluxingshi,zheyangkeyijiangdibianyaqidezabi,jianxiaozhengliuguandenaiyayaoqiu。
本文給出了采用UC3901設計磁反饋隔離DC/DCdefangfa,caiyongyishangdianlushejidegaoyadianyuanjuyoulianghaodejingtaihedongtaixingneng,gaifangfadecifankuiyuanlishijiangfankuikongzhixinhaodiejiazaijiaoliumaichongxinhaoshang,ranhoutongguogelibianyaqijiangjiaoliuxinhaochuandidaoyuanbian,zailiyongfudujietiaodianlujiangxinhaofuduquchu,yiyonglaikongzhiPWM輸出的脈衝寬度,實現閉環穩壓的功能。這個原理也是采用其他方法實現磁反饋隔離的設計思想。
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