電機控制用多輸出開關電源設計
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1.2工作原理
此電源電路工作原理為：220 V三相的交流輸入電壓先經三相不控整流，再經支撐電容平滑，為電源電路提供550 V直流工作電壓。當三相逆變器接通電源時，R5和C2吸收電路啟動時的沖擊電流。從逆變器主電路來的直流母線電壓經電阻R6降壓后，給ＵＣ3842提供約16V的起動電壓。進入正常工作后，二次繞組W3經D3，C16提供ＵＣ3842的工作電壓。另一繞組W2的高頻電壓經D2，C13整流濾波，再經7.5kΩ電阻R12，R13和2kΩ電位器RP1分壓，獲得輸出電壓信號。此信號經可調穩(wěn)壓管ＴＬ431產生偏差信號，再經光電隔離加到ＵＣ3842的誤差放大器放大，控制ＶＭＯＳ管的開通與截止，實現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。電源的過流保護由1.8Ω電阻R19檢測到ＶＭＯＳ管的過流信號，電流超過域值時封鎖ＵＣ3842輸出信號，實現(xiàn)單周期過流保護。
UC3842驅動VMOS管VT1以控制高頻變壓器一次繞組通斷，進而獲得多組副邊電壓輸出。此輸出經二極管整流、電容濾波后得到多路直流電壓。供給三相逆變器各功率開關元件驅動(W6，W7，W8，W9)與ＰＷＭ控制電路(W2，W4，W5)。電路穩(wěn)定工作時UC 3842的電源由W3，D3，C16組成的電源電路提供。
?。郑停希庸苓x用耐壓1000Ｖ，電流8Ａ的場效應管8N100。為了保證開關元件在快速開關過程中不產生過大的尖峰電壓，需用C8，R15，D1組成的ＲＣＤ緩沖電路來抑制。緩沖電路二極管V3選用快速恢復二極管FR107。
R8，R9和穩(wěn)壓管D11用來限制柵極電壓和電流，進而限制ＶＭＯＳ管開關速度，有利于改善電磁兼容性。
+15V電源和-15V電源對控制電路電源精度要求較高，但因為共用同一個變壓器很難通過PWM實現(xiàn)反饋控制來穩(wěn)壓。為獲得高品質的控制電源，應用線性穩(wěn)壓芯片7815和7915(如圖1所示)構成了復合式開關穩(wěn)壓電源。為防止輸出在輕載或空載時的電壓升高，在5 V整流輸出端并聯(lián)一個100Ω的負載電阻。
2變壓器設計
電機控制逆變器開關電源是一個具有多路輸出的直流電源。由高頻變壓器8個副邊繞組經整流濾波后獲得。開關電源的性能在很大程度上決定于變壓器的設計。
2.1功率計算
高頻變壓器的副邊繞組Ｗ6，Ｗ7，Ｗ8提供了三相逆變器3個上橋臂元件的驅動電源，Ｗ9提供了下橋臂3個元件的驅動電源(亦可用3個繞組分別提供，以避免交叉干擾，此處只用一組是為了簡化系統(tǒng))。按逆變器開關元件對驅動電路電壓、電流的要求確定功率。本電機控制功率變換器功率模塊為IGBT，驅動模塊為EXB841。選定Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4電壓20Ｖ，電流100mA；Ｗ5電壓20Ｖ，電流200mA。Ｗ6，Ｗ7繞組提供其他模擬電路±15Ｖ，300mA電源。Ｗ8繞組提供5Ｖ給微處理器，輸出電流為2Ａ。Ｗ2為開關電源自身的反饋繞組，其功率很小，可忽略。
由以上設定條件可知高頻變壓器的輸出功率為：
設計效率為85%并留有一定裕量，設計目標為額定功率為40 Ｗ的高頻變壓器。
2.2磁心的選用
根據文獻［3］給出的高頻變壓器最大承受功率與磁心截面積的關系并考慮窗口面積，本開關電源選用EI-35磁心，其有效截面積為100 mm2。
2.3繞組匝數(shù)的確定
首先確定開關電源功率和開關元件的工作頻率。若工作頻率小于20 kHz，則進入音頻范圍的噪聲較大，紋波增大。若開關頻率較高，則開關損耗增大，系統(tǒng)效率降低。因此確定工作頻率時要折衷考慮，實際選擇工作頻率為30 kＨz。
?。校祝驼{制的占空比：
考慮工作環(huán)境較為惡劣，最低直流輸入電壓：
EI35中心柱磁芯有效面積：Ae=100 mm2
鐵氧體磁芯磁感應強度取65%的飽和值：
根據一個導通期間的伏秒值與原邊匝數(shù)的關系，則變壓器的原邊匝數(shù)為：
實際取300匝以便于繞制與計算。則變壓器副邊繞組匝數(shù)計算如下：
原邊繞組每匝伏數(shù)為：
取整流二極管壓降0.7 V，副邊繞組壓降0.6 V得：
試驗時由于氣隙的原因產生漏磁，以上副邊匝數(shù)還需稍做調整。
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