论文部分内容阅读
摘要: 伴随我国电气化水平的不断进步，交流电机调速技术在近些年也得到了长足的进步，变频器的应用也随之越来越广泛，给人们的生产生活带来了极大的便利，本文通过对于变频器用多功能电源的电流控制型芯片的阐述为基础，讲述了其工作原理以及设计步骤等，以更加清晰的了解变频器用多功能电源开关的设计方法，便于今后的学习以及进一步研发。
关键词：变频器 多功能电源开关设计
中图分类号：S611文献标识码： A
前言：作为变频器的多功能电源开关，必须具有多路稳定的直流电压输出，以确保电源开关供电安全，UC3842作为变频器用多功能电源开关中应用最为广泛的芯片，其作用非常巨大，通过精确且科学的运算方法以及设计原理，使电源开关能够同时提供给主控系统、驱动系统以及通信系统多路稳定隔离直流电源，从而确保开关正常工作。
一、设计要求
多功能开关电源要求为变频器逆变器 3 个上桥臂的 IGBT 提供驱动电压, 并为其他部分提供电源,具体指标如下:输入 直流 250 V±40 %, 即 150～350 V;输出 3 路 24 V、2 A独立输出, 2 路 ±15 V、0.2 A共地输出; 1 路 5 V、1 A 输出。由于逆变器 3 个上桥臂每一时刻最多有 2 个同时导通, 所以输出总功率为 110 W。
二、芯片选择
多功能开关电源选用一种开关电源设计专用芯片 UC3842, 该芯片是美国Unitorde 公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器片,UC3842 可专门用于控制占空比适应负载变化造成的输出电压变化, 负载调整率好, 较适合该电源的应用场合。电路中开关管选择 N 沟道场效应管 K1358, 其额定参数为 900 V /9 A, 有充分的裕量保证系统的安全运行。
1、UC3842 内部结构和引脚功能
双列直插式封装, 其内部结构见图 1。
2、 UC3842 管脚功能
1 脚(COMP): 误差放大器的输出端。
2 脚(VFB): 误差放大器的反相输入端
3 脚(ISEN) : 电流检测端。流过开关管的电流被检测电阻转换为电压信号并被送
入此脚, 用来控制PWM锁存器, 调整输出电压大小。并且当该脚电
压超过 1 V 时, UC3842 即关闭输出脉冲, 从而保护开关管不致因
过流而损坏。
4 脚(RT / CT): 内接振荡电路, 外接 RC 定时元件, 定时电阻 R 接在 4 脚和
8 脚之间, 定时电容 C接在 4 脚到地, 振荡频率为 f=1.72 /
(RC) 。其振荡频率最高可达 500 kHz。
5 脚(GND): 电源电路与控制电路的接地端。
6 脚(OUT): 推挽输出放大器的输出端。为推拉式输出, 可直接驱动场效应管,
驱动电流的平均值可达 200 mA, 最大可达 1 A 峰值电流, 输出的
低电平为 1.5 V, 输出的高电平为 13.5 V。
7 脚 (Vcc): 电源输入端。外接电源电压 Vcc,UC3842 的开启电压为 16 V, 关
断电压为 10 V, 其内部有一个 34 V 的稳压管, 可以保证内部电
路工作在34 V 以下。该电源电压经内部基准电压电路的作用产生
5V 基准电压, 作为 UC3842 的内部电源使用, 并经衰减得到2.5
V 电压作为内部比较器的基准电压。
8 脚(VREF): 参考电压(+5 V) 输出端。可提供参考电压。
三、硬件电路设计
1、工作原理
根据芯片功能的介绍, 所设计的电路图如图 2 所示。当电源通电时, 输入电压通过电阻 R3对电容C4充电, 当 UC3842 的 7 脚(Vcc 端) 达到导通门槛电压(16 V) 后, UC3842 开始工作, 此后芯片由反馈线圈供电, 电压维持在 13 V 左右。
开关变压器的反馈绕组 Ns 两端电压经 VD2、R2、C3、VD3、C4整流滤波后再经过 R9、R10分压后, 从 2 脚送入 UC3842 的误差放大器反相输入端, 反馈电压与基准电压(2.5 V）经误差放大器比较放大后, 调整 PWM输出脉冲的宽度, 从而稳定输出电压。主回路电流由电阻 R5进行取样, 取样电压经 3 脚加到 UC3842 内的电流比较器的一个输入端, 与误差电压放大器的输出进行比较, 当该取样电压等于误差电压( 最大值为 1 V)时, UC3842 的输出脉冲被中断, 从而实现限流保护。
该电源用UC3842 的 PWM输出直接驱动开关管, R7的作用是限制峰值驱动电流。当直流输入电压变化时, 以变大为例, 此时反馈电压也会相应变大, 也就使得 UC3842 电压误差放大器的输出变小, 也就使得 PWM输出脉冲的占空比减小, 从而使输出电压保持稳定。
2、电路功能模块设计
a.输入滤波电容 C1: 可以滤除输入电压中的高频干扰, 得到较为稳定的输入
电压。
b. 启动电路设计: 启动电路由限流电阻 R3和电容 C4组成。在 UC3842 启
动正常工作之前, 启动电流在 1mA以内,7 端(Vcc)电压升至 16V时, 芯片
开始工作, 此时消耗电流为15 mA。所以 R3>16 V÷1 mA=16kΩ, 功率最好
在 1-2W。C4储存的能量要能满足电源开始正常工作的需要, 最好在 100 μ
F 以上。
c. 緩冲吸收电路设计: 开关管在关断的瞬间会产生很高的电压尖峰脉冲, 这不
仅很容易使开关管由于电压急剧升高而损坏, 而且使电流采样和输出电压的
波形出现很尖的脉冲, 影响系统的稳定工作。为此, VD4、R4、C5组成 RCD 缓
冲吸收电路, 同时对于反激变压器, R1、VD1、C2组成的缓冲电路, 也具有
同样的作用, 形成双重保护。
d. 反馈电路设计: 由于该电源的输出为多路, 不适合仅仅对某一路进行反馈调
节, 故采用反馈线圈Ns 来输出一个反馈电压, 对多路输出同时进行控制。
VD2、R2、C3、VD3、C4为整流滤波电路, 得到一个稳定的反馈电压, 该电压同时
也作为 UC3842 正常工作时的供电电压。
e. 电流取样和过流保护: 电流的取样由取样电阻 R5完成, 其峰值电流由误差
放大器控制, 为 Is=(Ue- 1.4) / (3Rs)( 其中 Is为主电路峰值电流, Ue
为UC3842 内部电压误差放大器输出电压, Rs为采样电阻) 。由于电流测定
比较器的反向输入端钳位电压为 1 V, 故最大电流限制在 Is=1V /Rs, 当电
流超过这个值时, UC3842 自动闭锁输出, 以保护电路。R6、C6为滤波电路,
用以滤除开关管开通电流尖峰, 防止误触发, RC 滤波器的时间常数应接近
于电流尖峰的持续时间, 通常为几百纳秒。取 R6=1 kΩ, C6=470 pF,则时间
常数τ=RC=470 (ns)。
f. 误差放大器的补偿电路: R11和 C7, 改善误差放大器闭环增益和频率特性。
g. 振荡电路: 由 R12、C9设定振荡频率, 取 R12=13 kΩ, C9=3.3 nF, 则振荡
频率为f=1.72×103/ (13×3.3) =40 (kHz)
h. 旁路瓷介电容: C8、C10, 用以滤除高频叠加信号。
i. 变压器设计: 变压器有多种工作方式, 在此采用单端反激工作方式。其基本
工作原理是当开关管受控导通时, 高频变压器将电能变为磁能储存起来;而
在开关管受控截止时, 变压器就将原先储存的磁能变为电能, 通过二极管向
输出电容充电, 再由电容向负载供电。若PWM 工作的占空比为D, n 为原副
边匝数比, 则输出电压 Uo=DUi/ [ n( 1 - D) ] 。关于变压器的设计在后面
再详细说明。
j. 输出滤波电路: 每一路电压输出都有整流二极管和电容组成的滤波电路,
如 VD5、C11组成 +5 V输出的整流滤波电路, 然后通过三端稳压器 LM7805
来滤除纹波, 得到一个较为稳定的电压, 也可以起到消除纹波的作用, 见图
2, 其他几路输出也是如此。
四、变频器开关电源的变压器设计
针对于变频器开关电源的变压器设计，要依照一定的步骤进行：
1、设计参数工作频率 fs=40 kHz, 工作周期 Ts=25 μs; 效率η=0.85; 输入直流电压 250 V±40 %, 即 150～350 V;输出功率 110 W。
2、 设计步骤
步骤 1 选择磁芯
考虑到变压器损耗和整流管损耗, 输入功率 PM=Po/ η=110 / 0.85=130(W) (Po为输出功率), 再由经验公式, 磁芯截面积为 SJ=0.15 PM=1.71 (cm2)。查表后可选择磁芯 EE42 /21 /15, 外形结构如图 3所示。
其磁芯截面积为SJ=173 mm2, a=42 mm,b =21 mm, c=15 mm, d、e、f 可查表得到。磁芯材料选择PC40 铁氧体磁芯, 其优点是电阻率高、交流涡流损耗小、价格低。
步骤 2 计算 ton和最低输入直流电压 Us,min
由于 UC3842 属于峰值电流控制芯片, 在没有斜坡补偿的情况下, 其稳定工作的占空比范围是 D<0.5,所以取 Dmax=0.45, 所以每个工作周期内开关管的导通时间ton= TsDmax=25 μs×0.45=11.25 μs; 最低输入直流Us,min=250(1- 40%)=150(V)。
步骤 3 选择工作时的磁通密度
对于 PC40 材料的磁芯, 其 100 ℃ 时的最大磁感应强度 Bmax= 390 mT, 振幅取其一半, 交变磁通密度 ΔBac=0.5 Bmax=195 mT=0.195 T。
步骤 4 计算原边线圈匝数
步骤 5 对于+5V，匝数计算
对于+5V, 考虑到整流管压降,U2=5+0.6=5.6(V),而原边绕组每匝伏数 =Us,min/N1=150 /50=3 (V/匝),故而可算得 N2=5.6 /3≈1.867, 取 N2=2 匝。则新的每匝反激电压=5.6 /2=2.8 (V /匝), 原边匝数 N1=150 /2.8≈53.57, 取 N1=54 匝。
对±12 V 的直流输出电压 U3=12+1=13(V), N3=13 /2.8=4.64, 取 N3=5 匝。对+24 V 的直流输出电压 U4=24+1=25(V), N4=25 /2.8=8.93, 取 N4=9 匝。
由于电源输出接负载时会发生一定的电压跌落,所以在变压器设计时每一路输出多设计一匝, 得到一个稍高的输出电压, 然后通过三端稳压器 LM7805,LM7812, LM7824 分别得到+5 V+12 V、+24 V 电压, - 12 V 由 LM7912 得到, 如图 3 所示。所以在此对+5 V 取 3 匝, ±12 V 取 6 匝, +24 V 取 10 匝。对于反馈线圈, U=13+0.6×2=14.2 V, Ns=14.2÷2.8=5.07, 取 Ns=5 匝。
步骤 6 确定气隙的大小
设变压器工作在电流连续工作方式, 原边线圈电流 Ip如图 4 所示。原边电感 Lp=UsΔt /Δi, Ip2=3 Ip1,則 ton时间内流过电流的平均值 Iav=Ip2- Ip1=2 Ip1。在周期 Ts内的平均输入电流 Is=P /Us,min=1对±12 V 的直流输出电压 U3=12+1=13(V), N3=13 /2.8=4.64, 取 N3=5 匝。对+24 V 的直流输出电压 U4=24+1=25(V), N4=25 /2.8=8.93, 取 N4=9 匝。
由于电源输出接负载时会发生一定的电压跌落,所以在变压器设计时每一路输出多设计一匝, 得到一个稍高的输出电压, 然后通过三端稳压器 LM7805,LM7812, LM7824 分别得到+5 V、+12 V、+24 V 电压, - 12 V 由 LM7912 得到, 如图 3 所示。所以在此对+5 V 取 3 匝, ±12 V 取 6 匝, +24 V 取 10 匝。对于反馈线圈, U=13+0.6×2=14.2 V, Ns=14.2÷2.8=5.07, 取 Ns=5 匝。
步骤 7 校验
0N1Ip1/g=4π×10- 7×54×1.745 /(0.72×10- 3) =903×10- 4(T) =90.3 (mT) (Bdc为直流作用的磁感应强度) ; Bmax=0.5 ΔBac+Bdc=190.3 (mT) <390(mT), 故所设计变压器符合要求。
五、计算结果分析
根据精确地运算制作出实物，需进行相应调试，并测算结构。图 5 是 UC3842 自身振荡器的波形, 图 6 是 PWM驱动输出的波形, 图 7 是电流取样电阻上的波形, 也就是 UC3842 的 3 脚的波形, 从波形上看, 虽然采取了滤波电路,仍然存在着尖峰脉冲, 这说明缓冲电路还有改进的空间。
结语：综上所述，基于对变频器用多功能开关电源的设计原理、计算方法以及设计步骤等的详细阐述，精确的计算以及科学的设计方法能够从根本上保障变频器多功能开关电源的正常稳定工作，为人们的生产生活提供安全的供电保障，并且随着我国电力事业的不断发展，对于变频器多功能开关电源的研发还将越来越科学，越来越先进。
参考文献:
[1] 王水平, 史俊杰, 田庆安. 开关稳压电源———原理、设计与实用电路[M].
西安: 西安电子科技大学出版社, 2005.
[2] 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.
[3] 张占松, 蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M]. 北京: 电子工业出版社,
2005.
[4] 曲学基, 王增福, 曲敬铠. 新编高频开关稳定电源[M]. 北京: 电子工业出
版社, 2005.
[5] 周志敏, 周纪海, 纪爱华. 开关电源实用电路[M]. 北京: 中国电力出版社,
2006.
关键词：变频器 多功能电源开关设计
中图分类号：S611文献标识码： A
前言：作为变频器的多功能电源开关，必须具有多路稳定的直流电压输出，以确保电源开关供电安全，UC3842作为变频器用多功能电源开关中应用最为广泛的芯片，其作用非常巨大，通过精确且科学的运算方法以及设计原理，使电源开关能够同时提供给主控系统、驱动系统以及通信系统多路稳定隔离直流电源，从而确保开关正常工作。
一、设计要求
多功能开关电源要求为变频器逆变器 3 个上桥臂的 IGBT 提供驱动电压, 并为其他部分提供电源,具体指标如下:输入 直流 250 V±40 %, 即 150～350 V;输出 3 路 24 V、2 A独立输出, 2 路 ±15 V、0.2 A共地输出; 1 路 5 V、1 A 输出。由于逆变器 3 个上桥臂每一时刻最多有 2 个同时导通, 所以输出总功率为 110 W。
二、芯片选择
多功能开关电源选用一种开关电源设计专用芯片 UC3842, 该芯片是美国Unitorde 公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器片,UC3842 可专门用于控制占空比适应负载变化造成的输出电压变化, 负载调整率好, 较适合该电源的应用场合。电路中开关管选择 N 沟道场效应管 K1358, 其额定参数为 900 V /9 A, 有充分的裕量保证系统的安全运行。
1、UC3842 内部结构和引脚功能
双列直插式封装, 其内部结构见图 1。
2、 UC3842 管脚功能
1 脚(COMP): 误差放大器的输出端。
2 脚(VFB): 误差放大器的反相输入端
3 脚(ISEN) : 电流检测端。流过开关管的电流被检测电阻转换为电压信号并被送
入此脚, 用来控制PWM锁存器, 调整输出电压大小。并且当该脚电
压超过 1 V 时, UC3842 即关闭输出脉冲, 从而保护开关管不致因
过流而损坏。
4 脚(RT / CT): 内接振荡电路, 外接 RC 定时元件, 定时电阻 R 接在 4 脚和
8 脚之间, 定时电容 C接在 4 脚到地, 振荡频率为 f=1.72 /
(RC) 。其振荡频率最高可达 500 kHz。
5 脚(GND): 电源电路与控制电路的接地端。
6 脚(OUT): 推挽输出放大器的输出端。为推拉式输出, 可直接驱动场效应管,
驱动电流的平均值可达 200 mA, 最大可达 1 A 峰值电流, 输出的
低电平为 1.5 V, 输出的高电平为 13.5 V。
7 脚 (Vcc): 电源输入端。外接电源电压 Vcc,UC3842 的开启电压为 16 V, 关
断电压为 10 V, 其内部有一个 34 V 的稳压管, 可以保证内部电
路工作在34 V 以下。该电源电压经内部基准电压电路的作用产生
5V 基准电压, 作为 UC3842 的内部电源使用, 并经衰减得到2.5
V 电压作为内部比较器的基准电压。
8 脚(VREF): 参考电压(+5 V) 输出端。可提供参考电压。
三、硬件电路设计
1、工作原理
根据芯片功能的介绍, 所设计的电路图如图 2 所示。当电源通电时, 输入电压通过电阻 R3对电容C4充电, 当 UC3842 的 7 脚(Vcc 端) 达到导通门槛电压(16 V) 后, UC3842 开始工作, 此后芯片由反馈线圈供电, 电压维持在 13 V 左右。
开关变压器的反馈绕组 Ns 两端电压经 VD2、R2、C3、VD3、C4整流滤波后再经过 R9、R10分压后, 从 2 脚送入 UC3842 的误差放大器反相输入端, 反馈电压与基准电压(2.5 V）经误差放大器比较放大后, 调整 PWM输出脉冲的宽度, 从而稳定输出电压。主回路电流由电阻 R5进行取样, 取样电压经 3 脚加到 UC3842 内的电流比较器的一个输入端, 与误差电压放大器的输出进行比较, 当该取样电压等于误差电压( 最大值为 1 V)时, UC3842 的输出脉冲被中断, 从而实现限流保护。
该电源用UC3842 的 PWM输出直接驱动开关管, R7的作用是限制峰值驱动电流。当直流输入电压变化时, 以变大为例, 此时反馈电压也会相应变大, 也就使得 UC3842 电压误差放大器的输出变小, 也就使得 PWM输出脉冲的占空比减小, 从而使输出电压保持稳定。
2、电路功能模块设计
a.输入滤波电容 C1: 可以滤除输入电压中的高频干扰, 得到较为稳定的输入
电压。
b. 启动电路设计: 启动电路由限流电阻 R3和电容 C4组成。在 UC3842 启
动正常工作之前, 启动电流在 1mA以内,7 端(Vcc)电压升至 16V时, 芯片
开始工作, 此时消耗电流为15 mA。所以 R3>16 V÷1 mA=16kΩ, 功率最好
在 1-2W。C4储存的能量要能满足电源开始正常工作的需要, 最好在 100 μ
F 以上。
c. 緩冲吸收电路设计: 开关管在关断的瞬间会产生很高的电压尖峰脉冲, 这不
仅很容易使开关管由于电压急剧升高而损坏, 而且使电流采样和输出电压的
波形出现很尖的脉冲, 影响系统的稳定工作。为此, VD4、R4、C5组成 RCD 缓
冲吸收电路, 同时对于反激变压器, R1、VD1、C2组成的缓冲电路, 也具有
同样的作用, 形成双重保护。
d. 反馈电路设计: 由于该电源的输出为多路, 不适合仅仅对某一路进行反馈调
节, 故采用反馈线圈Ns 来输出一个反馈电压, 对多路输出同时进行控制。
VD2、R2、C3、VD3、C4为整流滤波电路, 得到一个稳定的反馈电压, 该电压同时
也作为 UC3842 正常工作时的供电电压。
e. 电流取样和过流保护: 电流的取样由取样电阻 R5完成, 其峰值电流由误差
放大器控制, 为 Is=(Ue- 1.4) / (3Rs)( 其中 Is为主电路峰值电流, Ue
为UC3842 内部电压误差放大器输出电压, Rs为采样电阻) 。由于电流测定
比较器的反向输入端钳位电压为 1 V, 故最大电流限制在 Is=1V /Rs, 当电
流超过这个值时, UC3842 自动闭锁输出, 以保护电路。R6、C6为滤波电路,
用以滤除开关管开通电流尖峰, 防止误触发, RC 滤波器的时间常数应接近
于电流尖峰的持续时间, 通常为几百纳秒。取 R6=1 kΩ, C6=470 pF,则时间
常数τ=RC=470 (ns)。
f. 误差放大器的补偿电路: R11和 C7, 改善误差放大器闭环增益和频率特性。
g. 振荡电路: 由 R12、C9设定振荡频率, 取 R12=13 kΩ, C9=3.3 nF, 则振荡
频率为f=1.72×103/ (13×3.3) =40 (kHz)
h. 旁路瓷介电容: C8、C10, 用以滤除高频叠加信号。
i. 变压器设计: 变压器有多种工作方式, 在此采用单端反激工作方式。其基本
工作原理是当开关管受控导通时, 高频变压器将电能变为磁能储存起来;而
在开关管受控截止时, 变压器就将原先储存的磁能变为电能, 通过二极管向
输出电容充电, 再由电容向负载供电。若PWM 工作的占空比为D, n 为原副
边匝数比, 则输出电压 Uo=DUi/ [ n( 1 - D) ] 。关于变压器的设计在后面
再详细说明。
j. 输出滤波电路: 每一路电压输出都有整流二极管和电容组成的滤波电路,
如 VD5、C11组成 +5 V输出的整流滤波电路, 然后通过三端稳压器 LM7805
来滤除纹波, 得到一个较为稳定的电压, 也可以起到消除纹波的作用, 见图
2, 其他几路输出也是如此。
四、变频器开关电源的变压器设计
针对于变频器开关电源的变压器设计，要依照一定的步骤进行：
1、设计参数工作频率 fs=40 kHz, 工作周期 Ts=25 μs; 效率η=0.85; 输入直流电压 250 V±40 %, 即 150～350 V;输出功率 110 W。
2、 设计步骤
步骤 1 选择磁芯
考虑到变压器损耗和整流管损耗, 输入功率 PM=Po/ η=110 / 0.85=130(W) (Po为输出功率), 再由经验公式, 磁芯截面积为 SJ=0.15 PM=1.71 (cm2)。查表后可选择磁芯 EE42 /21 /15, 外形结构如图 3所示。
其磁芯截面积为SJ=173 mm2, a=42 mm,b =21 mm, c=15 mm, d、e、f 可查表得到。磁芯材料选择PC40 铁氧体磁芯, 其优点是电阻率高、交流涡流损耗小、价格低。
步骤 2 计算 ton和最低输入直流电压 Us,min
由于 UC3842 属于峰值电流控制芯片, 在没有斜坡补偿的情况下, 其稳定工作的占空比范围是 D<0.5,所以取 Dmax=0.45, 所以每个工作周期内开关管的导通时间ton= TsDmax=25 μs×0.45=11.25 μs; 最低输入直流Us,min=250(1- 40%)=150(V)。
步骤 3 选择工作时的磁通密度
对于 PC40 材料的磁芯, 其 100 ℃ 时的最大磁感应强度 Bmax= 390 mT, 振幅取其一半, 交变磁通密度 ΔBac=0.5 Bmax=195 mT=0.195 T。
步骤 4 计算原边线圈匝数
步骤 5 对于+5V，匝数计算
对于+5V, 考虑到整流管压降,U2=5+0.6=5.6(V),而原边绕组每匝伏数 =Us,min/N1=150 /50=3 (V/匝),故而可算得 N2=5.6 /3≈1.867, 取 N2=2 匝。则新的每匝反激电压=5.6 /2=2.8 (V /匝), 原边匝数 N1=150 /2.8≈53.57, 取 N1=54 匝。
对±12 V 的直流输出电压 U3=12+1=13(V), N3=13 /2.8=4.64, 取 N3=5 匝。对+24 V 的直流输出电压 U4=24+1=25(V), N4=25 /2.8=8.93, 取 N4=9 匝。
由于电源输出接负载时会发生一定的电压跌落,所以在变压器设计时每一路输出多设计一匝, 得到一个稍高的输出电压, 然后通过三端稳压器 LM7805,LM7812, LM7824 分别得到+5 V+12 V、+24 V 电压, - 12 V 由 LM7912 得到, 如图 3 所示。所以在此对+5 V 取 3 匝, ±12 V 取 6 匝, +24 V 取 10 匝。对于反馈线圈, U=13+0.6×2=14.2 V, Ns=14.2÷2.8=5.07, 取 Ns=5 匝。
步骤 6 确定气隙的大小
设变压器工作在电流连续工作方式, 原边线圈电流 Ip如图 4 所示。原边电感 Lp=UsΔt /Δi, Ip2=3 Ip1,則 ton时间内流过电流的平均值 Iav=Ip2- Ip1=2 Ip1。在周期 Ts内的平均输入电流 Is=P /Us,min=1对±12 V 的直流输出电压 U3=12+1=13(V), N3=13 /2.8=4.64, 取 N3=5 匝。对+24 V 的直流输出电压 U4=24+1=25(V), N4=25 /2.8=8.93, 取 N4=9 匝。
由于电源输出接负载时会发生一定的电压跌落,所以在变压器设计时每一路输出多设计一匝, 得到一个稍高的输出电压, 然后通过三端稳压器 LM7805,LM7812, LM7824 分别得到+5 V、+12 V、+24 V 电压, - 12 V 由 LM7912 得到, 如图 3 所示。所以在此对+5 V 取 3 匝, ±12 V 取 6 匝, +24 V 取 10 匝。对于反馈线圈, U=13+0.6×2=14.2 V, Ns=14.2÷2.8=5.07, 取 Ns=5 匝。
步骤 7 校验
0N1Ip1/g=4π×10- 7×54×1.745 /(0.72×10- 3) =903×10- 4(T) =90.3 (mT) (Bdc为直流作用的磁感应强度) ; Bmax=0.5 ΔBac+Bdc=190.3 (mT) <390(mT), 故所设计变压器符合要求。
五、计算结果分析
根据精确地运算制作出实物，需进行相应调试，并测算结构。图 5 是 UC3842 自身振荡器的波形, 图 6 是 PWM驱动输出的波形, 图 7 是电流取样电阻上的波形, 也就是 UC3842 的 3 脚的波形, 从波形上看, 虽然采取了滤波电路,仍然存在着尖峰脉冲, 这说明缓冲电路还有改进的空间。
结语：综上所述，基于对变频器用多功能开关电源的设计原理、计算方法以及设计步骤等的详细阐述，精确的计算以及科学的设计方法能够从根本上保障变频器多功能开关电源的正常稳定工作，为人们的生产生活提供安全的供电保障，并且随着我国电力事业的不断发展，对于变频器多功能开关电源的研发还将越来越科学，越来越先进。
参考文献:
[1] 王水平, 史俊杰, 田庆安. 开关稳压电源———原理、设计与实用电路[M].
西安: 西安电子科技大学出版社, 2005.
[2] 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.
[3] 张占松, 蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M]. 北京: 电子工业出版社,
2005.
[4] 曲学基, 王增福, 曲敬铠. 新编高频开关稳定电源[M]. 北京: 电子工业出
版社, 2005.
[5] 周志敏, 周纪海, 纪爱华. 开关电源实用电路[M]. 北京: 中国电力出版社,
2006.