基于uc3844通用变频器辅助电源的研究设计_毕业论文(编辑修改稿)

基于uc3844通用变频器辅助电源的研究设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

路、二极管单相桥式整流和三相逆变电路、晶闸管三 相桥全控式整流和三相逆变电路、二极管三相桥式整流和三相逆变电路等 4类。 在变频器整流的过程中，可以产生大量的高次谐波，据绿波杰能的不完全统计，最高的电流畸变率，可以达到 70%以上。 这些高次谐波，会通过与变频器输入端连接的电源线，进入到电网中，进而会影响到使用这一电网的敏感设备的正常工作；。 变频器输入滤波器，就是为了解决变频器干扰电网的问题，同时，亦能解决变频器遭受电网中的谐波危害所产生的过压、过流、欠压、过载、过热等误报警、误动作、拒动等问题。 输入滤波器的作用： 第一，对将要进入变频器的电网中的谐波进行 阻止。 第二，对变频器产生的谐波进行抑制。 第三，缓和电网中的尖峰脉冲； 第四，抑制电网的换相缺口； 输出整流滤波器的作用是将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时防止高频噪声对负载的干扰。 开关电源有两种常用的变换器： ① PWM 变换器 脉冲宽度调制简称脉宽调制。 它的原理是利用微处理器的数字输出控制模拟电路。 是一种非常有效的技术，在通信、功率控制、测量与变换等许多领域都有所应用。 通过参数相应载荷的变化来调制晶体管基极或栅极的偏置，以此改变晶体管导通的时间 ，这种方式能使电源输出电压在外部工作条件变化时，一直保持恒定。 脉冲宽度调制（ PWM）通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。 PWM 信号仍然是数字的，所以不论在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么为 0，要么完全存在。 SU 1++VTCi sU 0 图 19 PWM 变换器原理图 基于 UC3844 通用变频器辅助电源的研究设计 10 电压或电流源是以一种通或断的重复脉冲序列。 直流供电加到负载上的时候就是通的时候，供电被断开的时候就是断的时候。 所以如果带宽够的话，所有模拟值都可以使用 PWM 来编码。 其工作原理如上图 19。 多数负载 (无论是电感性负载还是电容性负载 )需要的调制频率高于 10Hz，通常调制频率为 1kHz 到 200kHz 之间。 PWM 相对于模拟控制的另外一个优点是对噪声抵抗能力的增强，所以某些时候我们必须以 PWM 进行通信。 通过将模拟信号转向 PWM，可以很大程度上地延长通信距离。 通过适当的 LC 或 RC网络可以在接收端滤除调制高频方波，并将信号还原为模拟形式。 ② DC/DC 变换器 DC/DC 变换器在开关电源中，一般来说是要求输入与输出间进行电隔离的。 在这种情况下需要使用称为隔离变换器的变压器进行隔离。 隔离变换器可以把直 流电压变换为高频方波电压，把直流电流变换为高频方波电流。 通过升压降压变换和整流平滑滤波，最后变为直流电压或电流。 DC/DC 变换器有 5种基本类型：单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式和全桥式转换器。 下面重点分析隔离式单端反激转换电路，电路结构图如图所示。 V DCR LM 2V i n 图 110 隔离式单端反激转换电路 单端反激式变换器又称电感储能式变换器，其变压器兼有储能、变压、隔离三重作用。 所谓单端，指变压器磁芯仅工作在其磁滞回线的一侧。 当功率开关管 S 导通时，直流输入电压 Vin 加在初级绕组上，在变压器初级 电感线圈中储存能量，由于次级绕组感应电压为上负下正，使二极管 D反偏截止，次级绕组中无电流，此时电能转化为磁能存储在初级电感中。 当 S截止时，初级感应电压极性反向，使次级绕组感应电压极性反转，二极管 D导通，储存在变压器中的能量传递给输出电容 C，同时给负载供电，磁能转化为电能释放出来。 当开关管重新导通时，负载电流由电容 C来提供，同时变压器初基于 UC3844 通用变频器辅助电源的研究设计 11 级绕组重新储能，如此反复。 从以上电路分析可以看出， S 导通时，次级绕组无电流； S截止时，次级绕组有电流，这就是“反激”的含义。 所谓反激式变压器开关电源，是指当变压器的初 级线圈正好被直流脉冲电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。 下图是反激式变压器开关电源的简单工作原理图： 图 111 反激式变压器开关电源原理图 图中变压器的初级绕组与次级绕组同名端相反， inU 为输入直流电压，开关 S 为功率开关管， C为输出滤波电容， R为负载， L1i 为初级绕组电流， L2i 为次级绕组电流；oU和 oi 为输出电压和电流，参考方向如图 111所示。 反激变换电路由 于具有拓扑简单，输入输出电气隔离，升 /降压范围广，多路输出负载自动均衡等优点，广泛用于多路输出的机内电源中。 在反激变换器中， 变压器 还可以发挥电感的左右，由于变压器 磁芯 处于直流偏磁状态，为防磁饱和要加入气隙，漏感较大。 功率管导通时，电感电流变化率和电流峰值很大， 生成功率开关管开通时的电流尖峰；当功率管关断时，也会产生很高的关断电压尖峰，给功率管造成很大负担，会损坏功率管。 因此，要想法设法限制反激变换器功率开关电流尖峰和电压尖峰。 反激变换器具有容易进行多路隔离输出、输入输出电气全部隔离、简单有效、高可靠性的优点。 因此，反激变换器是对开关电源来说非常重要 ,电力电子技术研究人员对此进行了大量的研究。 反激变换器的参数由反激式变压器来决定，如最大峰值电流和占空比，反激式变压器的设计，就是对所有的工作器件做一个合理的安排和规划，参数计算要尊重事实规律和理论。 这样才能 最大化发挥芯片的作用。 若是变压器设计得不合理，参数计算不正确，基于 UC3844 通用变频器辅助电源的研究设计 12 规格没有按照要求。 整个开关电源的性能会受到很大影响，比如输出功率降低，损耗加大，使用寿命缩短，容易出现故障等等。 反激式变压器开关电源，相比其他开关电源要节省很多器件。 因此，反激式变压器开关电源的体积比其他类型的开关电源的体积要小很多。 此外，其输出电压的占空比调幅，还比正激式变压器开关电源要高。 因此，反激式变压器开关电源要求调控占空比的误差信号幅度比较低，误差信号放大器的增益和动态范围也比较小，且成本也要降低。 也正是由于这些优点，目前， 反激式变压器开关电源在家电领域中还是被广泛使用。 开关电源的控制电路有电流控制和电压控制两种，电流控制是一个电压、电流双闭环控制系统，电感电流不是一个独立变量，从而使开关变换器成为一个一阶无条件的稳定系统，因而很容易得到大的开环增益以及小信号、大信号特性。 电压控制是一个单闭环电压控制系统，控制过程中，电源电路中的电感电流未直接参与控制，是独立变量，开关变换器为二阶系统的一个有条件的稳定系统。 开关电源一般由功率主回路、控制回路和辅助电源组成。 功率主回路主要用 来给用户负载供电，开关电源中的辅助电源主要用于给控制电路、驱动电路或电源系统的监控电路供电。 辅助电源的设计方法不但影响整个电源的效率、体积、稳定性、可靠性和成本，而且还将影响到整个开关电源的工作条件。 一个重要的原因就是隔离问题。 例如在离线式开关电源中，如果其内部的辅助电源和功率主回路输入共地，那么就需要用光耦或变压器来对输出电压采样信号进行隔离。 而如果是内部辅助电源和功率主电路输出共地，那么一般不需要对电压采样信号隔离，这时只需对驱动信号隔离。 由于所需辅助电源的功率一般比较小，辅助电源应该力求简单、 可靠和小型化。 根据辅助电源与功率主回路的关系，开关电源中的辅助电源可以分为两大类：独立型和非独立型。 (1)独立型：辅助电源独立于功率主回路。 主要用于大功率或中功率电源系统，比如在通讯电源、 ATX 电源中，需要电源正常或失败信号或电源远程控制的功能时，在功率主回路即使不工作时，辅助电源也要正常供电。 下面是几种常见的独立型辅助电源设计方法。 基于 UC3844 通用变频器辅助电源的研究设计 13 第一种方法： 需要用稳压器的传统的线性电源作为辅助电源。 它是用普通的矽钢片低频变压器降压之后，再经过四只二极管全波整流，经过平滑滤波后输入到三端稳压器 7815输入端。 这种设计中，低频变压器的体积往往选的足够大，以满足各种安全规范中对绝缘和漏电特性的要求。 但由于它的简单、可靠和方便，以及完全的隔离特性，所以在大功率开关电源系统中，低频变压器不会影响到整个电源的尺寸和造价时，它将是一个不错的选择。 U C 3 8 4 4C 1R 1 D 2D 1C 2R 2C 3D 335218476C 4R 3R 4O 2M O S F E TC 5R 5R 6 图 112 UC3844的反激式开关电源 第二种方法：需要用稳压器 7815,的一种不用低频变压器降压的简易辅助电源。 用两只无极性的高频电容，先并串联两只限流电阻，然后从电网电压中取得低频脉动电压。 通过集成稳压器 7815提供所需的电压。 为了防止浪涌电压损坏 7815， IC输入端需要并联一只稳压二极管用来保护。 另外，全波整流需要四只二极管。 第三种方法：由自激式开关变换器构成非常轻巧的辅助电源，可以方便地产生辅助电源。 本设计采用这种方法。 (2)非独立型：由主变换器高频变压器输出的一部分构成辅助电源。 因为其有利于减小电源体积，实现小型化和节约成本的原因，在小功率电源系统中广泛使用。 非独立型的特点是辅助电源与主变换器息息相关。 如果主电路不工作，辅助电路将关闭，辅助基于 UC3844 通用变频器辅助电源的研究设计 14 电源不供电，主变换器也随之不工作。 因此在电源的启动阶段，需要给控制电路提供启动电能，使其渐渐进入工作状态。 启 动方法：启动时直接由直流输入端提供起动电压，如图 112。 这是一个由 UC3844构成的反激式小型开关电源，它的辅助电源由主变换器变压器一个绕组提供。 在启动阶段，由直流输入端经过电阻分压后加到 UC3844的供电端 (7端 )，给电容 C2充电，等到UC3844的 7脚电压超过 16V 时，芯片起振， PWM 信号产生，变换器工作，辅助电源电压开始建立。 但由于限流电阻 RIN 的作用，有可能使得芯片 7脚电压降低至 10V 而使得芯片停止工作。 之后主电路又通过 RIN 电阻给 UC3844芯片供电，芯片工作。 如此反复，直至芯片正常工作所需的辅 助电源电压建立后，电源才正常工作。 (3)开关电源中的辅助电源设计的原则 虽然辅助电源所需要输出功率不大，但它是开关电源中的非常重要的组成部分，将影响到整个电源的性能。 开关电源正向着轻、小、薄、高可靠、高稳定、高效率和智能化的方向发展，应根据整个开关电源系统的规格要求来选择合适的辅助电源系统，首先在满足可靠性的前提下，设计简单、轻巧和经济的辅助电源。 UC3844 芯片介绍 UC3844 是一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，由该集成电路构成的开关稳压电源与一般的电压控制型脉宽调制开关稳 压电源相比具有外围电路简单、具有过流限制、稳定幅度大、频响特性好、电压调整率好、过压保护和欠压锁定等优点。 UC3844 是一种电流型单端输出式 PWM 控制芯片 ,它主要由高频振荡、误差比较、电流取样比较、脉宽调制锁存、欠压锁定、过压保护等功能电路组成。 引脚 1为误差放大器补偿端 ,引脚 2接电压反馈信号 ,引脚 3接电流检测信号 ,引脚 4外接时间电阻 RT及 CT用来设置振荡器的频率 ,引脚 5 为接地端 ,引脚 6 为推挽输出端 ,可提供大电流图腾柱输出 ,引脚 7接芯片工作电压 ,引脚 8 提供 5V 的基准电压。 UC3844 的最大占空比为 50%,启动电压 16V,具有欠压锁定和过压保护的功能。 当工作电压过大，大于 34V 的时候 ,负责稳压的稳压管开始稳压 ,使内部电路在小于 34V 的电压下工作。 当输入电压低于 10V 的时候 ,芯片会被暂时锁定 ,控制器此时停止工作。 UC3844 的工作原理是 :反馈电压和 基准电压之差 ,经误差放大器 E/A 放大后作为门限电压 ,与反馈电流经采样后的电压 ,一起送到电流感应比较器。 当电流取样电压超过门限电压后 ,比较器输出高电平触发 RS触发器 ,然后经或非门输出低电平 ,关断功率管 ,并保持这种状态直至振荡器输出脉冲到触发器和或非门 为止。 这段时间的长短由振基于 UC3844 通用变频器辅助电源的研究设计 15 荡器输出脉冲宽度决定。 PWM 信号的上升沿由振荡器决定 ,下降沿由功率开关管电流和输出电压共同决定。 反转触发器限制 PWM 的占空比调节范围在 0～ 50%之内。 UC3844 的振荡工作频率由引脚 4 与引脚 8 之间所接定时电阻 RT、脚 4 与地之间所接定时电容 CT设定。 计算公式为 : TTCRTf  课题来源及主要研究内容 随着变频器技术的飞速发展， 变频器 已经在众多领域，各行各业得到广泛使 用 ,是 当今改善工艺流程 ,节省能源 ,改革 传统工业 ,提高产品 工作 质量 ,提高生产自动化 进程 ,节省人力资源的 主要技术之一。 变频器技术是一种 新兴的环保型技术 ,在我国经济高速发展的背景下，。