案例简介该设计是应用TI公司电流模式PWM控制器芯片UC2845来设计隔离反激式变换器,设计的基本要求如下:
输入电压:90VAC-264VAC(100VDC-350VDC);
输出电压:5.4V;
输出电流:4A;
开关频率:100KHz;
一、技术分析
01工作原理
隔离反激式变换器的工作原理(图1):
开关导通时,能量存储于变压器原边的电感中,注意变压器的同名端,当开关关断时,漏极电压要高于输入电压,变压器副边电压高于地,使二极管导通,向输出电容和负载提供电源。
图1 隔离反激式变换器电路拓扑
隔离反激式变换器可以在变压器副边有多个绕组,方便地输出多组电压。各个输出电压都和原边隔离,而且各组输出电压可以任意大小,仅仅通过调节变压器的变比就能够实现。
虽然隔离和隔离反激式变换器都可以工作在电流连续模式,也可以工作在电流断续模式下,但最常见的工作模式还是电流断续模式。本设计也是工作在电流断续模式下。
由于UC2845与UC1845的电路工作原理完全相同,故本设计采用的是UC1845芯片模型来做参数设计。
二、UC1845芯片简介
1、功能特点
2、UC1845原理框图
三、参数设计基础我们知道,设计一款隔离反激式变换器,我们只需要知道4个参数:
输出功率;
开关频率;
输入电压;
功耗;
就可以根据这些参数来设计电路拓扑的各个参数。
由设计要求可以知道:2
最大输出功率:Poutmax=Vout*Iout=5.4V*4A=21.6W;
2
开关频率:f=100KHz;
3
输入电压:Vin=100Vdc~350Vdc;
4
功耗:是电路拓扑中各个器件耗散功率的总和,反应该变化器的效率,本项没有指定;
电路参数设计要点:1、由于该设计要求在一个很宽的输入电压范围内工作,根据反激式变换器的工作原理我们可以知道,当在最低输入电压条件下,为满足设计要求的输出功率,此时对应的PWM输出的脉冲宽度应为最大,则在输入电压升高时也能满足输出功率要求。因此,我们以最低输入电压100Vdc为电路设计的输入电压。2、电流模式:断续模式;3、输出负载:5.4V/4A=1.35Ω,取Rload=1.3Ω,则最大输出功率Poutmax≈22.5W;
四、详细参数设计
1、振荡器RT和CT设计
根据UC1845芯片手册振荡器外接RC电路设计规范,要求振荡频率为100KHz,我们可以得到:
CT=2.2nf,RT=8.2kΩ。
2、隔离变压器原边电感Lin设计
根据电流断续模式下反激式变化器的工作原理,我们可以知道变换器的电流波形如图3所示:
图3 断续模式下反激式变化器的电流波形
我们知道,储存在原边电感中的能量取决与峰值电流Ipk的大小,方程式如下:
能量每个周期传递一次:
同时,我们也从UC1845芯片手册可以得知,其理论最大占空比为50%,典型值为48%;
为了设计能够有一定余量,取DCmax=45%,V=100v,f=100KHz,P=22.5W,计算得出L=450uH,取Lin=450uH;
注:具体变压器的生产工艺参数在本报告不涉及,如有需要请进一步联系迪浩公司。
3、电流采样电阻Rsense设计
当反激式变换器原边开关器件导通时,变压器原边绕组的作用相当于一个电感。电压加在原边电感上,开关导通期间,电流持续上升:
其中:V=100v,DC=0.45,f=50KHz,L=450uH,计算得出Ipk=2A(由于UC1844/45采用了与UC1842/43不同的PWM输出控制电路,UC1844/45增加了一个toggle flip flop(切换菲利普触发器),使得连续两个时钟周期内只有一个时钟周期有输出),所以,如图3中所示,最大电流导通时间为90%(9us),整个时钟周期为2(1/f)=20us,则
Ipk=100*9us/450uH=2A;
根据UC1845设计要求,得到:
Rs=1/Ipk=1/2=0.5Ω,为了能有一定的系统余量,取Rsense=0.47Ω。
4、输出电压采样电路设计
要求Vsense=2.5V,输出电压需要稳定在5.4V
因此设置:
R22=330Ω
R23=2K
R24=2K
5、输出电容Cout设计
为了尽可能降低输出电压的纹波,应在输出端并接比较大的电解电容,但要同时考虑电解电容的ESR,同时也要并接几个nf级的小电容。由于没有给出允许的输出电压纹波参数,本设计先不考虑输出电容的参数设计。