基于UC3901的磁隔離高壓電源設計

    介紹了隔離反饋式發生器UC3901的特點，給出了采用UC3901設計磁隔離反饋高壓電源的設計方法，其中主電路采用推挽變換倍壓整流參數設計，并對設計結果進行了驗證。

    引言

    為了提高高壓電源系統的可靠性，減小高壓電路對低壓電路的影響，高壓與低壓電路應當相互隔離。常用的隔離方法是：功率主電路采用變壓器隔離，反饋控制電路采用光耦隔離。這樣的隔離設計方法簡單可靠，應用范圍廣。但在高可靠的應用場合(如抗輻照)或隔離要求較高(如2500 V以上)的場合，光耦隔離就顯得力不從心了，這時的磁反饋隔離是一種比較合適的控制電路隔離方法，本文將介紹采用UC3901控制芯片的磁反饋、小型化高壓電源模塊的設計方法。

    1 UC3901控制器的功能特點

    UC3901是TI公司生產的隔離反饋發生器。利用UC3901和隔離變壓器以及整流濾波電路一起，可以很方便的實現DC／DC電源中控制電路的磁隔離反饋功能。UC3901內部主要有電壓基準、放大器電路、振蕩電路、幅度調制電路、輸出驅動電路。圖1所示是UC390l的內部結構圖。 UC390l的工作電壓范圍可以達到4．5 V～40 V，在工作電壓低于4．5 V時，器件的輸出是閉鎖的，這樣可以防止出現誤操作。該器件的電壓基準的精度可以達到l％，可以直接作為放大器的基準信號。由于該芯片自帶振蕩電路，所以，工作時無須外加振蕩電路就可以實現調幅信號的輸出，該自帶振蕩電路在需要時還可以方便地與外部電路的振蕩信號實現同步，從而滿足系統中的特殊要求。調幅電路的輸出端具有15 mA的電流輸出能力，吸電流能力為700μA，如果要擴展吸電流能力，還可以外接擴流電阻。

    2 磁隔離反饋式高壓電源的設計要求

    本文給出采用UC3901磁隔離反饋控制器進行小型高壓電源的設計方法，該電源的設計要求如下：輸入電壓(V)：20～32；額定電壓(V)：22；輸出電壓(V)：300±10；輸出電流(mA)≤20；紋波(mV)：≤1500；效率(η)：≥75％；電壓調整度(V)：≤2；負載調整度(V)：≤5；輸出電壓過沖≤10％；輸出電壓延遲≤30ms。

    3 電路設計

    圖2所示是磁隔離反饋高壓電源的原理框圖，輸入濾波電路采用的是LC無源濾波電路，功率變換電路采用的是推挽變換電路和功率變壓器隔離設計，輸出整流采用的是倍壓整流電路，輸出濾波采用的是電容濾波，必要時可以加入LC二次濾波，磁隔離反饋控制電路采用了磁隔離控制電路(UC3901)、磁隔離變壓器和整流濾波電路組成，PWM推挽控制電路采用UC3525進行設計。

    3．1 PWM電路設計

    圖3所示是本系統的PWM控制電路。這個高壓電源的PWM主控芯片采用推挽控制芯片UC3525，該芯片的1腳接反饋控制信號，內部是比較放大器的反向輸入端，2腳內部是比較放大器的正向輸入端，外部則通過電阻R19、R4設置放大器的基準比較電壓，該電壓的值應該小于反饋控制信號的最大值，由于本設計中的磁隔離反饋變壓器的匝比是1：1，反饋控制信號的最大值是2 V，所以2腳的電壓設置為1．8 V。C4、R5分別是振蕩電容和振蕩電阻，它們決定了UC3525的工作頻率，R15、C10是比較放大器的反饋網絡，11腳和14腳是PWM信號輸出端，通過兩個電阻R5、R7分別接到主電路的兩個VMOS管的柵極，R5、R7的值可以是幾個歐姆，通常用來減小柵極振蕩。

    3．2 磁反饋電路設計

    磁反饋隔離電路可由磁反饋控制器UC3901、隔離變壓器T2和信號整流濾波電路(V2、C5、R9)組成，圖4所示是其電路圖。其中，Vref的值是1．5 v，所以R13、R14的取值應該滿足：

    UC390l的10腳是內部放大器的同向輸入端，可直接接1．5 V基準信號，11腳是內部放大器的反向輸入端，接輸出電壓的反饋信號，C12、R15是放大器的反饋網絡，可通過試驗確定參數，C13、R16是振蕩電容和電阻，其振蕩頻率為：

    3．4 整流電路

    輸出整流電路采用的是倍壓整流方式。在高壓小功率輸出場合，這是一種比較實用的電路形式，這樣可以降低變壓器的匝比，減小整流管的耐壓要求，圖6所示是其具體電路。圖中，電容C7、C8是輸出濾波電容，耐壓要求是：V>V0，V7、V8是輸出整流管，耐壓要求是V>V0+nV-inmax。

    4 結束語

    本文給出了采用UC3901設計磁反饋隔離DC／DC的方法，采用以上電路設計的高壓電源具有良好的靜態和動態性能，該方法的磁反饋原理是將反饋控制信號疊加在交流脈沖信號上，然后通過隔離變壓器將交流信號傳遞到原邊，再利用幅度解調電路將信號幅度取出，以用來控制PWM輸出的脈沖寬度，實現閉環穩壓的功能。這個原理也是采用其他方法實現磁反饋隔離的設計思想�！�