基于PC40EE25的開關隔離電源設計

引言

　　根據(jù)《太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)研制技術協(xié)議》的規(guī)定， 接入太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電池陣列在最強光照的情況下的開路電壓將不能超過750 V，最低不低于120 V。本文介紹的開關電源就是在120～750 V的輸入電壓范圍內(nèi)能穩(wěn)定地輸出， 從而使太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能在協(xié)議規(guī)定的輸入范圍內(nèi)穩(wěn)定地為低壓控制器、IGBT驅動器以及LCD供電， 并使系統(tǒng)可靠地工作。

　　1 電路拓撲

　　本設計的電路拓撲結構如圖1所示， 圖中，當VT1和VT2同時導通時， DC電源和變壓器初級組成回路， 變壓器初級的電流上升， 變壓器的磁通密度從初始的剩余磁通Br上升到峰值Bw， 并將能量存儲在變壓器中， 這時， 由于次級的二極管VD3的截止作用， 使得變壓器不能向次級傳送能量； 而當VT1和VT2同時關斷的時候， 由于反激的作用， 變壓器初級的電壓反向， 鉗位二極管VD1和VD2導通， 以把原邊繞組的反激電壓和開關管上的電壓鉗制在電源電壓Vdc。此時， 存儲在變壓器的能量一部分向副邊傳遞， 另一部分通過鉗位二極管返回給電容C1和C2。因而在反激時間內(nèi)， 變壓器的磁通密度從峰值Bw下降到剩余磁通Br。經(jīng)過一段時間， VT1和VT2又同時開通，以進入下一個周期。整個電路通過連續(xù)地開關VT1和VT2， 就可以得到穩(wěn)定的直流輸出。

圖1 雙管反激式拓撲結構

　　由于實際電路的分布參數(shù)以及開關管VT1和VT2的屬性并非完全相同， 所以， VT1和VT2不是完全同時開關。當VT1先關斷時， 變壓器初級T1、VT2和VD2組成回路續(xù)流， 而當VT2關斷時，變壓器儲存的能量將向次級傳送； 同理， 當VT2先關斷， 變壓器初級T1、VT1和VD1將組成回路續(xù)流， 并當VT1關斷時， 變壓器存儲的能量向次級傳送。

　　與一般采用單管加控制芯片的開關電源不同的是， 本設計采用了上下兩個MOSFET， 這樣做的目的一是可以降低每個開關管上承受的電壓，二是兩個開關管不需要采用兩個控制芯片來控制， 而只用一個PWM波就可以實現(xiàn)兩個開關管的同時開通和關斷。

　　圖2所示是本設計的主電路圖， 圖中， D1和D2主要防止由于反激電壓串入DC電源引起DC電壓波動， R1和R2取值相同， C1和C2的容值屬性均相同， 這樣一方面可以平衡C1和C2上的電壓，另一方面可以降低C1的C2的耐壓。VT1和VT2共用一個驅動信號， 故可實現(xiàn)同時開通和關斷。R3為采樣電阻， 該主電路采用的是峰值電流控制模式。VT4的作用主要是外加保護。輔助繞組的設計主要是為控制電路供電。次級整流二極管后加π型濾波器的效果要比只用電容濾波更好， R4為假負載， 主要是防止開關電源的空載。R5， R6，tl431， pc817和R7共同組成反饋電路。

圖2 主電路圖