本文介绍了一种基于专用芯片UC3842的开关稳压电源。在电机调速控制器中,该电源提供功率开关元件基极(栅极)驱动电压和控制电路工作电压。开关电源性能的好坏直接影响到电机调速控制器的工作可靠性。该电源是为30 kW开关磁阻电机控制器设计的,也适用于采用功率MOSFET或IGBT作为开关元件的中小功率感应电机调速控制器。
1主回路方案
1.1电源电路
此电源是为30 kW开关磁阻电机控制器设计的,此电机功率变换器的主电路为不对称半桥电路[1]。采用反激变换器结构[2],具有结构简单、损耗小的优点,但输出电压纹波较大,通常用在150 W以下的电源中。具体电路如图1所示。
此电源为单芯片集成稳压电源,PWM芯片采用UC3842。UC3842是一种高性能的固定频率电流型控制器,是专为脱线式直流变换电路设计的,其内部结构如图2所示。
他集成了振荡器、有温度补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电路、输入和基准欠电压锁定电路及PWM锁存器电路。可以实现逐个脉冲的电流限制,输出电流可达1 A,可直接驱动MOSFET。
1.2工作原理
此电源电路工作原理为:220 V三相的交流输入电压先经三相不控整流,再经支撑电容平滑,为电源电路提供550 V直流工作电压。当三相逆变器接通电源时,R5和C2吸收电路启动时的冲击电流。从逆变器主电路来的直流母线电压经电阻R6降压后,给UC3842提供约16V的起动电压。进入正常工作后,二次绕组W3经D3,C16提供UC38电感生产厂42的工作电压。另一绕组W2的高频电压经D2,C13整流滤波,再经7.5kΩ电阻R12,R13和2kΩ电位器RP1分压,获得输出电压信号。此信号经可调稳压管TL431产生偏差信号,再经光电隔离加到UC3842的误差放大器放大,控制VMOS管的开通与截止,实现稳压的目的。电源的过流保护由1.8Ω电阻R19检测到VMOS管的过流信号,电流超过域值时封锁UC3842输出信号,实现单周期过流保护。
UC3842驱动VMOS管VT1以控制高频变压器一次绕组通断,进而获得多组副边电模压电感器压输出。此输出经二极管整流、电容滤波后得到多路直流电压。供给三相逆变器各功率开关元件驱动(W6,W7,W8,W9)与PWM控制电路(W2,W4,W5)。电路稳定工作时UC 3842的电源由W3,D3,C16组成的电源电路提供。
VMOS管选用耐压1000V,电流8A的场效应管8N100。为了保证开关元件在快速开关过程中不产生过大的尖峰电压,需用C8,R15,D1组成的RCD缓冲电路来抑制。缓冲电路二极管V3选用快速恢复二极管FR107。
R8,R9和稳压管D11用来限制栅极电压和电流,进而限制VMOS管开关速度,有利于改善电磁兼容性。
+15V电源和-15V电源对控制电路电源精度要求较高,但因为共用同一个变压器很难通过PWM实现反馈控制来稳压。为获得高品质的控制电源,应用线性稳压芯片7815和7915(如图1所示)构成了复合式开关稳压电源。为防止输出在轻载或空载时的电压升高,在5 V整流输出端并联一个100Ω的负载电阻。
2变压器设计
电机控制逆变器开关电源是一个具有多路输出的直流电源。由高频变压器8个副边绕组经整流滤波后获得。开关电源的性能在很大程度上决定于变压器的设计。
2.1功率计算
高频变压器的副边绕组W6,W7,W8提供了三相逆变器3个上桥臂元件的驱动电源,W9提供了下桥臂3个元件的驱动电源(亦可用3个绕组分别提供,以避免交叉干扰,此处只用一组是为了简化系统)。按逆变器开关元件对驱动电路电压、电流的要求确定功率。本电机控制功率变换器功率模块为IGBT,驱动模插件电感块为EXB841。选定W2,W3,W4电压20V,电流100mA;W5电压20V,电流200mA。W6,W7绕组提供其他模拟电路±15V,300mA电源。W8绕组提供5V给微处理器,输出电流为2A。W2为开关电源自身的反馈绕组,其功率很小,可忽略。
由以上设定条件可知高频变压器的输出功率为:
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