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基于BuckBoost电路的宽输出电压ACDC电源设计

发布时间:2020-07-01 02:33:03 阅读: 来源:水泥发泡切割机厂家

摘要:设计了一种宽输出电压的AC-DC开关电源,其主要特征是输出电压可以在较大范围内任意调节,解决了传统的开关电源只能输出几个特定电压值的问题。该设计的核心是反激变换电路和Buck-Boost电路。分析了这两种电路的工作原理及其应用,并且给出了具体的设计。实验表明,设计的电源能较好地实现了输出电压的宽范围调节。关键词:Buck-Boost电路;宽输出电压;AC-DC电源;反激变换0 引言 电源装置是电力电子系统重要的组成部分,其设计的好坏直接影响到被供电设备性能的发挥。高频开关电源由于具有效率高、体积小和重量轻等特点,获得了广泛的应用。AC-DC开关电源就是把交流电转换为设备需要的直流电的一种装置。而现有的AC-DC开关电源只能输出几个特定电压值,如:220 VAC-15 VDC/12 VDC/5 VDC等,不能实现输出电压在较大范围内的调节。这大大限定了开关电源的应用。 本文介绍的PWM脉冲调节电路选用芯片UC3842。它是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片,工怍环境温度在-50~150℃之间,具备优良的脉宽调制特性。此外由于微控制器具备较高的性价比和良好的控制特性,所以选择微控制器作为Buck-Boost电路的PWM信号发生器。1 UC3842简介 UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片,为8脚双列直插形式。该凋制器单端输出,能直接驱动双极型的功率管或场效应管。它主要优点有管脚效应少,外围电路简单,电压调整率可达0.01%,工作频率高达500 kHz,启动电流小于1 mA,正常工作电流为5 mA,占空比可调且最大可达99%,并可利用高频变压器实现与电网的隔离。此外该芯片具备过流和过压等保护功能。该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电流、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路等。 可见电流控制型脉宽调制器UC3842能产生频率固定而脉冲宽度可调节的驱动信号,控制大功率晶体管的通断状态来调节输出电压的高低,达到稳压的目的。并且可通过构成闭环电压反馈来达到较高的稳压度。2 AC-DC电源的电路结构 为了实现宽输出电压的AC-DC电源的设计,本文采用如图1所示的电路结构图。主要由市电接入电路、反激变换电路、滤波电路、UC3842 PWM调节电路、Buck-Boost变换电路及其驱动电路和微控制器等组成。其中市电接入电路、反激变换电路、滤波电路和UC3842PW调节电路构成了高频开关电源,其作用是实现交流电AC到直流电DC的转换,以及为驱动芯片等提供电源。Buck-Boost变换电路的作用是把前级输出的直流电压V变换为需要的直流电压值,作为系统的输出电压。该设计的电压调节正是通过Buck-Boost变换电路实现的。驱动电路把微控制器产生的PWM0信号变换为可以直接驱动Buck-Boost变换电路的信号。

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图1中的滤波电路一般采用LC滤波,从而可以得到较好的直流输出。2.1 单端反激式变换电路 单端反激变换电路是高频开关电源的核心部分。其典型电路如图2所示。电路的输入Vin为220 V交流电,经市电输入电路后得到的300 V直流电,输出可以为多组直流电。单端反激变换电路一个重要特点是变压器的线圈充当了电感的角色。

所谓的单端,是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激,是指当开关管Q1导通时,变压器T的初级电压感应到次级,但是由于感应电动势上负下正,所以整流二极管D1处于截止状态,从而能量储存在初级绕组中;当开关管Q1截止时,此感应电动势通过变压器的绕组耦合到次级,由于次级的同名端和初级是相反的,所以次级的感应电动势是上正下负,次级整流二极管D1导通,初级电感在Q1开通时储存的能量通过磁芯耦合到次级电感,然后通过次级线圈释放到次级输出电容C1中,对电容进行充电,同时为负载供电。当Q1再次导通时,由电容C1对负载供电。从而实现了输出为直流电。2.2 Buck-Boost电路 为了实现对高频开关电源的输出电压进行大范围的调节,本文采用了Buck-Boost电路。BuckBoost电路是降压-升压变换器,也称为反号变换器。其可实现对高频开关电源的输出电压的升压/降压调节,基本拓扑结构如图3所示。Buck-Boost电路主要有开关管Tr、电感L、二极管D2和滤波电容C4组成,L1和C2以及L2和C3构成了两个LC滤波电路。Buck-Boost电路的工作原理:当开关管Tr导通时,电流Is流过电感线圈L,L存储能量。当开关管Tr断开时,IL有减小的趋势,电感线圈L产生的自感电势反向,为下正上负,二极管D1受正向偏压而导通,从而为负载供电并且为滤波电容C4充电。当开关管再次导通时,有C4为负载供电。由于输入电压V与输出电压VDC反向,所以Buck-Boost也称为反号变换器。通过控制开关管的导通时间占空比D能实现对输入电压V的升压或降压的调节。

在连续电流工作模式下输入电压V与输出电压VDC满足如下关系式: 从上式可知道开关管导通时间占空比D=50%为变换器的降压和升压的临界点。当占空比D50%时,VDCV,从而实现了降压的变换;当占空比D>50%时,VDC>V,从而实现了升压的变换。可见通过调节占空比D可以实现对输入电压的调节,进而实现输出电压能在较大的范围内调节。DIY机械键盘相关社区:机械键盘DIY

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