他激式开关电源的典型电路分析

有些变频器采用自激式开关电源,也有些变频器采用他激式开关电源,两种类型电源的区别在于:自激式开关电源的开关管参与激励脉冲的产生,即开关管是振荡电路的一部分,而他激式开关电源的激励脉冲由专门的振荡电路产生,开关管是独立的。图9-7所示是一种变频器采用的典型他激式开关电源。

1.电路说明

他激式开关电源主要由起动电路、振荡电路、稳压电路和保护电路组成。

(1)起动电路

R₂₄₈、R₂₄₉、R₂₅₀和R₂₆₆为起动电阻。

主电路530V的直流电压送入开关电源,分作两路:一路经开关变压器TL1的L₁绕组送到开关管TR1的c极,另一路经起动电阻R₂₄₈、R₂₄₉、R₂₅₀和R₂₆₆对电容C₂₃₆充电,C₂₃₆两端电压加到集成电路UC3844的7脚,当C₂₃₆两端电压上升到16V时,UC3844内部振荡电路开始工作,起动完成。

(2)振荡电路

UC3844及外围元器件构成振荡电路。当UC3844的7脚电压达到16V时,内部的振荡电路开始工作,从6脚输出激励脉冲,经R₂₄₀送到开关管TR1(增强型N沟道MOS FET)的G极,在激励脉冲的控制下,TR1工作在开关状态。当TR1处于开状态(D、S极之间导通)时,有电流流过开关变压器的L₁绕组,绕组会产生上正下负的电动势,当TR1处于关状态(D、S极之间断开)时,L₁绕组会产生上负下正的电动势,L₁上的电动势感应到L₂~L₆等绕组上,经各路二极管整流后可得到各种直流电压。

UC3844芯片内部有独立振荡电路,获得正常供电后就能产生激励脉冲,开关管不是振荡电路的一部分,不参与振荡,这种激励脉冲由独立振荡电路产生的开关电源称为他激式开关电源。

(3)稳压电路

输出取样电阻R₂₃₃、R₂₃₄、三端基准稳压器L431、光耦合器PC9、R₂₃₅、R₂₃₆及UC3844的2脚内部有关电路共同组成稳压电路。

图9-7 一种典型的他激式开关电源

开关变压器L₆绕组上的电动势经D₂₀₅整流和C₂₃₈、C₂₃₉滤波后得到+5V电压,该电压经R₂₃₃、R₂₃₄分压后送到L431的R极,L431的A、K极之间导通,有电流流过光耦合器PC9的发光二极管,发光二极管导通,光敏晶体管也随之导通,UC3844的8脚输出的+5V电压经PC9的光敏晶体管和R₂₃₅、R₂₃₆分压后,给UC3844的2脚送入一个电压反馈信号,控制内部振荡器产生的激励脉冲的宽度。

如果因主电路+530V电压上升或开关电源的负载减轻,均会使开关电源输出电压上升,L₆路的+5V电压上升,经R₂₃₃、R₂₃₄分压后送到L431 R极的电压上升,L431的A、K极之间导通变深,流过PC9的发光二极管电流增大,发光管发出光线强,光敏晶体管导通变深,UC3844的8脚输出的+5V电压经PC9的光敏晶体管和R₂₃₅、R₂₃₆分压给UC3844的2脚的电压更高,该电压使UC3844内部振荡器产生的激励脉冲的宽度变窄,开关管TR1导通时间变短,开关变压器TL1的L₁绕组储能减少,其产生的电动势下降,开关变压器各二次绕组上的感应电动势也下降(相对稳压前的上升而言),经整流滤波后得到的电压下降,降回到正常值。

(4)保护电路

该电源具有欠电压保护、过电流保护功能。

UC3844内部有欠电压锁定电路,当UC3844的7脚输入电压大于16V时,欠电压锁定电路开启,7脚电压允许提供给内部电路,若7脚电压低于10V,欠电压锁定电路断开,切断7脚电压的输入途径,UC3844内部振荡器不工作,6脚无激励脉冲输出,开关管TR1截止,开关变压器绕组上无电动势产生,开关电源无输出电压,达到输入欠电压保护功能。(www.xing528.com)

开关管TR1的S极所接电流取样电阻R₂₄₂、R₂₄₃、R₂₄₄及滤波电路R₂₆₁、C₂₃₅构成过电流检测电路。在开关管导通时,有电流流过取样电阻R₂₄₂、R₂₄₃、R₂₄₄,取样电阻两端有电压,该电压经R₂₆₁对C₂₃₅充电,在C₂₃₅上充得一定的电压,开关管截止后,C₂₃₅通过R₂₆₁、R₂₄₂、R₂₄₃、R₂₄₄放电,当开关导通时间长、截止时间短时,C₂₃₅充电时间长、放电时间短,C₂₃₅两端的电压高;反之,C₂₃₅两端的电压低,C₂₃₅两端的电压送到UC3844的3脚,作为电流检测取样输入。如果开关电源负载出现短路,开关电源的输出电压会下降,稳压电路为了提高输出电压,会降低UC3844的2脚电压,使内部振荡器产生的激励脉冲变宽,开关管TR1导通时间变长,截止时间变短,C₂₃₅两端的电压升高,UC3844的3脚电压也升高,如果该电压达到一定值,UC3844内部的振荡器停止工作,6脚无激励脉冲输出,开关管TR1截止,开关电源停止输出电压,不但可以防止开关管长时间通过大电流被烧坏,还可在负载出现短路时停止输出电压,避免负载电路故障范围进一步扩大。

(5)其他元器件及电路说明

R₂₄₅、D₂₁₄、C₂₃₄构成阻尼吸收电路,吸收开关管TR1由导通转为截止时L₁产生的很高的上负下正的反峰电压,防止反峰电压击穿开关管。L₂、D₂₁₅、C₂₃₃、C₂₃₅为二次供电电路,在开关电源工作后,L₂上的电动势经D₂₁₅、C₂₃₃、C₂₃₅整流滤波后为UC3844的7脚提供电压,减轻起动电阻供电负担。R₂₃₉、C₂₃₂为UC3844内部振荡电路的定时元件,改变R₂₃₉、C₂₃₂的值可以改变振荡电路产生的激励脉冲的频率。R₂₃₈、C₂₃₀为阻容反馈电路,UC3844的2脚输出信号通过R₂₃₈、C₂₃₀反馈到1脚,改善内部放大器的性能。D₂₁₇、D₁₂₆、R₂₃₇用于限制UC3844的1脚输出信号的幅度,输出信号幅度最大不超过6.4V(5V+0.7V+0.7V)。ZD204用于消除开关管G极的正向大幅度干扰信号,在脉冲高电平送到开关管G极时,高电平会对G、S极之间的结电容上充得一定电荷,高电平过后,结电容上的电荷可通过R₂₄₁快速释放,这样可使开关管快速由导通转为截止。

D₂₀₇、R₂₂₅、C₄₀等元器件构成主电路电压取样电路,当主电路的直流电压上升时,开关电源输入电压上升,开关变压器L₁绕组产生的电动势更高,L₄上的感应电动势更高,它经D₂₀₇对C₄₀充电,在C₄₀上得到电压更高,控制系统通过检测该取样电压就能知道主电路的直流电压升高,以作出相应的控制。

2.UC3844介绍

UC3844是一种高性能控制器芯片,可产生最高频率可达500kHz的PWM激励脉冲。该芯片内部具有可微调的振荡器、高增益误差放大器、电流取样比较器和大电流双管推挽功率放大输出,是驱动功率MOS管的理想器件。

UC3844有8脚双列直插塑料封装(DIP)和14脚塑料表面贴装封装(SO-14),SO-14封装芯片的双管推挽功率输出电路具有单独的电源和接地引脚。UC3844有16V(通)和10V(断)低压锁定门限,UC3845的结构外形与UC3844相同,但是UC3845的低压锁定门限为8.5V(通)和7.6V(断)。

(1)两种封装形式

UC3844有8脚和14脚两种封装形式,如图9-8所示。

图9-8 UC3844的两种封装形式

(2)内部结构及引脚说明

UC3844内部结构及典型外围电路如图9-9所示。UC3844各引脚功能说明见表9-1。

图9-9 UC3844内部结构及典型外围电路

表9-1 UC3844各引脚功能说明