张 炜 闫高峰
（1. 山东万通石油化工集团有限公司 2. 东营市宏远纺织有限公司）
实用型开关电源设计及其电压稳定性分析
张炜1闫高峰2
（1. 山东万通石油化工集团有限公司2. 东营市宏远纺织有限公司）
本文描述了一种实用性开关电源的设计结构，给出了基于UC2844的通用变频器用开关电源的拓扑结构。借助Candence设计了开关电源的PWM控制电路、反馈电路、采样电路等，着重就开关电源工作电压范围及电压稳定性试验分析，并验证设计的合理性。
开关电源；控制电路；电压稳定性
0 引言
开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。本文侧重于将研究重点集中于通用型变频器用开关电源设计，从开关电源的基本原理入手，结合以通用型变频器的设计条件为基础，借助Candece软件设计硬件，并对其在不同负载情况下对其电压稳定性进行了实验分析。经验证，本设计开关电源能达到实际应用场合的设计要求。
开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源［1］，其采样电路、PWM控制电路、变压器的设计、控制芯片的选择等成为开关电源设计的关键。本文就从上述几点出发，详细阐述了开关电源设计的原理及实验验证结果。由开关电源回路提供的电源为多路输出，为变频器逆变器提供驱动电压，并为其他部分提供电源，指标如下：输入为322～752V；输出为多路16V，24V，±8V，24V。
1 基于UC2844的硬件设计
UC2844是高性能固定频率电流模式控制器。专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需最少的外部元件就能获得成本效益高的解决方案。本文借助Cadence软件强大的电路图绘制、电路模拟仿真、图形后处理和元器件符号制作等功能设计硬件电路。
1.1工作原理
电源接通后，当7脚的电压达到驱动电压16V后，UC2844开始工作，通过6脚来控制MOSFET的导通与关断，将输入直流电压变成高频方波后输入高频变压器T的一次侧，再通过高频变压器T将电压变成8V、16V、24V输出，其中16V为UC2844提供电源，如此使电路循环工作。电路中引入输入滤波电容，可滤除输入电压中的高频干扰，得到较为稳定的输入电压；为了消除电压尖峰脉冲对系统稳定工作的影响，引入了缓冲吸收电路。另外，本电路中还具有电流采样和过流保护的功能。
1.2反激变压器的设计
反激变压器［2-4］一半是电感，一半是变压器。变压器在本设计中采用封装形式体现，电路采用单端反激型电路，电流连续工作模式。本设计中开关电源用变压器其主要数据参数如下：
工作频率fs=100kHz，工作周期Ts=50μs，效率η=0.9，输入直流电压537V±40%，即322～752V，输出功率150W。
2 实验分析
2.1开关电源电压工作范围的确定
根据设计初期的要求，本开关电源应工作于322～752V之间，并确定其工作的上下限。实验波形中通道1、3分别为输出的16F、24V，通道2为输入电压200V。
当输入电压为200V时，这里开关电源处于工作状态，逐渐增加输入电压，测试得P16F=15.8V，P24F=24.1V。测试波形如下图所示。
图中，可见当输入电压达到200V时，三个通道的测试结果显示波形较好。经过反复试验可以验证本开关电源的最低输入电压为138V，当电压升至196V时，可以实现开关电源的重起：P16F=15.8V，P24F=24.1V。故而，本次设计的开关电源的工作电压范围是Vdc=200～600V，满足预定要求范围。
图 输入电压为200V时输出波形
2.2开关电源电压稳定性验证
实验主要是验证输出电压在输入母线电压为最小值和平均值两种状态下，观测输出电压变化值和电压值。改变输出端负载情况，当母线电压为457V时，三个端口输出电压的变化范围及偏差均在工程允许范围内，测试结果如下表所示。
经过反复的试验，可以确定本次设计的开关电源满足设计初期的要求，并实现对电压纹波的控制，确定工作电压的范围，并实现对输出电压偏差良好的控制。
3 结束语
本文介绍了一种实用型变频器用开关电源的设计，并介绍了开关电源硬件电路及相关部分的设计。针对此开关电源的工作电压范围和开关电源工作稳定性进行了实验验证，实验波形证明了该开关电源的可行性，并能达到实际工程的要求。
表 457V下不同负载对端口电压输出值及电压变化值的影响
［1］李定宣.开关稳定电源的设计与应用［M］.北京：中国电力出版社.2006.
［2］陈小敏，黄声华，万山明.基于UC3843 的反激式开关电源反馈电路的设计［J］，通信电源技术，2006，23（5）：38-39.
［3］王京梅，等.高频开关电源变压器的优化设计［J］.电子科技大学学报，2002：31（4）：362-365.
［4］宋鸿斋、谢吉华，等.变频器用多功能开关电源设计［J］. 电力自动化设备，2008，28（1）：105-108.
（2016-01-27）
