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低損耗RCD正激電源制作經驗匯總

鉅大LARGE  |  點擊量:82次  |  2020年03月31日  

摘要
電路設計一直是想著低損耗高效率的目標邁進的,開發者在設計的過場當中可以通過器件和電路的配合來將損耗降到最低的限度。UC3845能夠讓設計者只用最少的外部元件來獲得收益最高的方案,這是元器件上的選擇,而RCD電路在電源設計中最大作用是吸收電阻,從而最大程度的降低損耗。

電路設計一直是想著低損耗高效率的目標邁進的,開發者在設計的過場當中可以通過器件和電路的配合來將損耗降到最低的限度。UC3845能夠讓設計者只用最少的外部元件來獲得收益最高的方案,這是元器件上的選擇,而RCD電路在電源設計中最大作用是吸收電阻,從而最大程度的降低損耗。


本篇文章將為大家介紹由UC3845的RCD組成的正激電源設計總結,希望能夠對大家有所幫助。


在電路上只考慮電流環即可,電壓是開環的,因此空載電壓等于輸入電壓除以匝數比,并且和占空比無關,算上漏感尖峰影響,實際測量輸入234VAC輸出空載100V直流。


這電壓完全滿足氙燈觸發的需求。


為了保證市電高時電容電壓的安全,選擇了160V的電容,這樣電壓有富余。頻率折中選擇了50KHz開關損耗不太大,磁芯也不用很大就能出功率。另一方面,初級圈數多,磁通密度偏移小,設計比較保守。


圖1是最終的電路圖,參數精確,有問號的元件實際沒有安裝。


乍看之下,這個電路似乎沒有什么特別的地方。但是,細節決定了整個制作的成敗,下面對設計和制作時的疑問問題和解決方法進行討論。


輔助繞組采用正激還是反激的形式呢?


輔助繞組采用正激時,一般都用峰值整流,這樣占空比只要大于0。輔助電源電壓就一直和前級的直流高壓成匝數比的關系。


輔助繞組采用反激時,電壓變化隨占空比和負載變化很大,有可能出現不啟動的問題。


鑒于這里輸入電壓為180-260V,輔助電壓變化就在13-20V,IC和MOS都是可以接受的。實際結果也比較符合,但是比預計的還高一點。雖然也隨負載變動而變化,但是變化很小,基本不影響爭產工作。


需要說明的是,如果采用了帶APFC的方案就強烈推薦正激輔助供電電壓應該會更穩定。


如何復位


正激的變壓器沒復位能力,需要被動的進行復位才能正常工作。常見的方案有復位繞組復位、RCD復位、LCD復位、有源鉗位復位、諧振復位。復位繞組復位會增加變壓器的復雜性,而且對變壓器的耐壓提出了更高的要求,并且占空比不能大于50。


RCD復位比較簡單,占空比還可以大于50,開關管電壓應力也比較低。但是所有的勵磁能量和漏感能量都被電阻消耗了。效率會差一點。


LCD復位比RCD稍微好,能做到基本無損吸收,把能量返回高壓電容。但是介紹的文章比較少沒能深入了解。


有源鉗位需要專門的IC,雖然能做到最高效率。占空比也能比50大,但是增加了成本和復雜性。


諧振復位增加了開關管的電壓或者電流應力,不考慮綜合,最終選擇了RCD復位,但是占空比也沒有設計大于50。


變壓器要不要加氣息


正激變壓器理論上不需要儲能的,所以理論上不需要氣息。剛開始的時候沒有氣息開環測試,開機時磁芯有吸合聲,但是加了300W負載運行很好,沒有任何聲音。


然后在閉環出現了問題,閉環后發現是能恒流而且精度也夠,但是變壓器在叫還發熱。用示波器看波形發現是在斷續工作,于是想到了反饋環的問題。修復之后占空比連續了,但是依然存在抖動的情況,變壓器還是發熱出聲。


這時進一步想到了變壓器飽和,看了取樣電阻上的波形更加確定了自己的觀點。雜亂的波形中依稀可以看到某些周期后面繞組電流急劇上升,分明是飽和的跡象。


之后給磁芯左右各墊1個0.08mm厚的紙,加了個氣息。同時把C109從電解400V4.7uF換成CBB400V0.1uF果斷不叫了,變壓器賊熱的問題也解決了。


后來猜測,變壓器初級有46mH電感。導致復位電流太小,加氣息能降低初級電感。還能減少剩磁,雖然復位電阻比原來還熱了點。但是變壓器能可靠工作是重點。


可見,增加氣息對提高變壓器的抗飽和能力有積極影響。


UC384x和電流模式的誤區


UC384x的第三腳是電流反饋腳,大家都知道能實現電流反饋來進行保護,實際上這個腳還擔當著更重要的作用。那就是PWM調制,其作用類似電壓模式PWM里來自振蕩器的鋸齒波,而這一點被許多人忽略。


常常看到有人問為什么UC384x的3腳接地后占空比一直為最大1和2腳完全不能控制占空比


現在應該可以理解了,3腳接地后1和2腳控制的誤差放大器的輸出永遠大于3腳的電壓,也就不會有縮小占空比的機會了。因此,UC384x第3腳的波形關系到整個電源能否正常工作。


斜率補償補償的是什么?為什么要斜率補償?什么時候需要補償?


這個估計很多初學者都煩惱過,就是3-4腳之間的電容的作用,斜率補償的是UC384x第3腳的電壓變化斜率。


為什么要補償?什么時候需要補償?


當3腳斜率發生不足時就需要補償,因為3腳斜率太小會發生反饋電壓稍微變動就作出非常大的調整導致了抽風。


通常DCM的反激是不需要補償的,因為3腳的電壓斜率和初級電流斜率是正比的,應該是比較大的。


CCM的反激和正激(單/雙都算)甚至是CCM的Boost就需要了。因為在管子導通時電流初級電流變化小(雖然成因不一樣,但是表現形式類似)導致3腳變化斜率小就容易抽風,這時就需要斜率補償了。所以,對于正激斜率補償是必須的!之前提到的打嗝到爆就是沒進行斜率補償引起的。


下圖是最終的成品,還沒有安裝到PCB上,但是已經基本成型了。


最后,其實這個電源的用處非常多,只要做出一些調整就能成為恒流限壓大功率電池充電器,或者LED驅動電源等等,存在的問題就是復位電阻的部分發熱比較嚴重,這點可以通過散熱片來解決。


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