4.3.1.2 芯片辅助元件选择:
UC3844 的脚8 与脚4 间电阻R6 及脚4 的接地电容C42 决定了芯片内部的振荡频率,大多数电源设计人员认为芯片振荡只要频率对了就可以,其实不然。设计芯片振荡RC 的值还跟最大占空比有关。此电源选取100K 为开关频率,对应100K 有很多种R 和C 可以满足要求,但是不同RC 对应的最大占空比不同。综合考虑选取R=15K、C=500pF,保证了频率是100K 同时最大占空比设计在45%以上。
细节:由于UC3844 内部有个分频器,所以驱动MOSFET 功率开关管的方波频率为芯片内部振荡频率的一半。
其中R5、R8 选择对于启动过冲,最大输出功率(最大占空比),以及过功率保护有重要影响。分析框图可知,VFB 引脚接地,则COMP 引脚会输出1mA 电流(有的公司芯片会在2-3mA)。TL431 最小工作电流1mA,则流过光耦的最小电流由R8 决定。也就是说光耦最小电流可以从0-1mA 变化,按照光耦传输比300%计算,则光耦输出端可以吸纳3mA 电流,即流过R5 的电流可以设计为最小2mA,这样就限制了COMP 电压最高值,也就限制了电流采样电阻最大电流。设计时需要跟采样电阻配合设计。我们公司有一些标准参数可以满足反激电源要求;R8=2K, R5=1K。
4.3.2 反馈工作原理:
当输出电压升高时,经两电阻R12、R10 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2.5 V 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,于是光耦集射极动态电阻变小,集射极间电压变低,也即UC3844 的脚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。
注意:设计中R68、C41 对启动过冲影响:加入R68 与C41 可以在反馈环路中引入一个零点,该零点可以引入相位超前量,使得系统对过冲反映更快,进而减小过冲。
表2 反馈环路经验值:
4.3.3 启动及辅助供电:
图3 为启动及辅助供电电路,其功能是实现电源芯片自启动供电和正常工作供电。为了安全我此电源带有短路保护电路(Q15,C101,R71,R7,R73),延长短路时打嗝保护时间,提高短路保护效果。
4.3.3.1 启动供电:
此开关电源选用UC38C44,启动供电由R3、R1、R2、R4 四个启动电阻和C2,C3 组成,在电源完成启动前由启动电阻和电容给电源控制芯片UC3844 供电。
启动电阻选取原则:
1、在母线输入最小工作电压下280VDC,流过启动电阻的电流要大于电源控制芯片UC3844启动电流(uc3844 一般取0.5mA)。所以电阻R<280/0.5Kohm=560Kohm。
2、串联启动电阻耐压之和要大于母线电容最大电压537vdc,所以启动电阻散热功率一般贴片1210 封装耐压200V,鉴于耐压和散热考虑选用R3、R1、R2、R4 串联来满足耐压和功率需求。
3、最大输入电压下537VDC,串联启动电阻的温升不得超过测试规范(40 摄氏度)。启动电阻体积比较小,摆放位置首先要满足远离发热元件,其次再考虑走线问题,(启动电阻走线不必考虑电磁干扰问题)。
4.3.3.2 辅助供电电路:
当电源启动以后,控制芯片UC3844 供电改由辅助供电电路提供。该电路在变压器辅助绕组取电,经过D1 整流和由R7、C2、C3 组成的RC 滤波器滤波后供芯片使用。其中R7 取值对于电路调试很关键,会影响电源启动和芯片工作电压,R7、C2 选取原则:RC 滤波器时间常数大于开关周期10 倍,小于C2 维持时间的一半。另外C2 选取一般还要满足最低母线电压启动时充电时间小于3S。
综合考虑 C2 选取25v/100uf(芯片资料推荐值大于47uf),R7 使用36Ω,由于不同的输出滤波电容,不同的变压器,在整机调整时再最终确定R7 C2 值。
4.3.3.3 短路保护电路:
工作原理:芯片正常工作时,5VREF 节点电压为5V,则Q15 栅源电压Vgs=4.3V。此时Q15导通,则D33 阳极被拉低接近0V,此时D33 反偏,没有电流流过D33。当出现短路时,辅助供电电路电压降低,无法给芯片UC3844 供电。此时芯片UC3844 消耗电容C2 存储的能量,当C2 电压低于芯片UC3844 的下限电压Uoff 后,芯片停止工作,电源被保护。UC3844 停止工作后,5VREF 点电压为0V,电容C101 经过R73 放电。当C101 电压低于Q15 开启电压Vth 后Q15 关闭,然后D33 转向正向导通,通过启动电阻对电容C101 充电,当充电电压达到UC3844 的Vth 电压后,电源再次启动。
短路持续时间:从短路开始到电容C2 电压降低到UC3844 下限电压所用的时间,时长取决与正常工作时工作电压和C2 容量以及UC3844 芯片功耗。
打嗝保护时间由两部分组成:电容C101 经过R73 放电到电压低于Q15 开启电压Vth 的时间T1,和启动电阻对电容C2 充电到UC3844 芯片Vth 电压的时间T2。
分析可得,电容C2 取值不易过大,满足启动要求即可,否则短路持续时间会比较长。如果整个变压器利用率很低,整个电源输出功率很小时,有可能出现短路不保护,这需要增加电阻R7 的阻值,同时增大R20 R21。
由于这些电阻电容以及mos 管都有离散型,所以计算一个精确地时间没有意义,需要在整机出来以后根据电路原理来调节参数,使得短路电流和短路保护时间满足要求。
4.3.4 开关管及其驱动