基于UC28C45的反激式辅助电源电路设计＊

2018-02-28黄建明薛慧杰

科技与创新 2018年4期

黄建明，薛慧杰

（北京建筑大学电气与信息工程学院，北京 100044）

各国政府面对能源耗尽、环境污染的危机，投入巨额资金进行新能源的发展研究。因此，微电网应运而生，变流器控制技术是交直流混合微电网研究中的一个重要方向，而微网互联变流器是交直流混合微网的接口，其运行方式要求辅助电源具有较高的稳定性。因此，变流器辅助电源的设计具有非常重要的意义。本文设计了一个基于UC28C45的反激式辅助电源电路，以满足互联变流器的运行需求。

1 UC28C45简介

电流型控制器种类繁多，本文设计中所选为UC28C45。UC28C45是Unitrode公司生产的一种高性能固定频率电流型控制器，包含误差放大器、PWM比较器、PWM锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定等单元，其结构图如图1所示。UC28C45外部有8个引脚：引脚1是误差放大器的输出端；引脚2是反馈电压输入端；引脚3是电流检测输入端；引脚4是定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.72（Rt×Ct），上电后，形成一个锯齿波电压；引脚5是公共地端；引脚6是推挽输出端，输出的频率是振荡频率的1/2；引脚7是Vcc工作电源；引脚8是5 V基准电压输出端。UC28C45管脚结构图如图1所示。

图1 UC28C45管脚结构图

2 反激电路原理

由于反激式电源具有结构简单、体积小、成本低、宽电压输入范围大和容易实现隔离输出的优点，本文选择了反激式电源电路设计方式。本文中Q1选择的是金属氧化物半导体场效应管FQA9N90C，当Q1导通时高频变压器T1初级线圈储能；当Q1截止时，T1初级线圈所储能量向次级线圈传递，经过整流二极管最终通过电容输出到负载两端。反激电路原理图如图2所示。

图2 反激电路原理图

图3 变压器电气原理图

3 高频变压器设计

变压器电气原理图如图3所示。

变压器的磁芯选择铁氧体ER28/17/11-3C90，设计输出功率Po=60 W，效率η为80%，原边线圈匝数N1为60，电感量L为500 μH，fs=75 kHz，线圈匝数N2为10、线圈匝数N3为7、线圈匝数N4为7、线圈匝数N5为15.

4 辅助电源实物及实验结果

交直流混合微电网中辅助电源的稳定运行是保证变流器正常工作的重要环节。基于以上原理，本文设计了一个辅助电源电路，实物如图4所示，输入电压为380 V，其输出直流电压为一路24 V和两路11 V。电路中使用UC28C45集成电路，其为单输出级，可以驱动MOS晶体管，自动前馈补偿。锁存脉宽调制用于逐周期限流，具有精密的电压基准源，电压调整率为0.01%，基准电压为4.9～5.1 V，电流模式工作频率为500 kHz。低启动电压和工作电流，启动电流小于1 mA，工作电流为15 mA。辅助电源实物图如图4所示。为了进行实验测试，按照设计电路制作了辅助电源模型，经过系列测试得到图5和图6中的实验结果，直流电压输出稳定，在输入电压为380 V时测得输出电压为11 V、24 V，满足了实验设计要求。

图4 辅助电源实物图

5 研究展望

由于微电网变流器的运行对于辅助电源稳定性要求较高，可以考虑在后续的研究中进行双电源供电的设计研究工作，以得到更加稳定的辅助电源输出，从而使得控制电路可以控制互联变流器对所发生的故障作出快速响应。

6 结论

发展可再生绿色能源已成为世界各国能源研究的热点，交直流混合微电网由于其同时兼有交流微电源、直流微电源的优势，必将成为未来智能电网可再生电能的发展趋势。因此，积极开展交直流混合微电网关键理论与技术研究，建立安全高效的混合微电网系统对于经济发展、能源利用以及环境污染治理都具有十分重大的意义。本文简述了UC28C45的管脚结构及工作原理，分析了反激电路原理，设计了一个高频变压器。基于此，完成了变流器反激式辅助电源的设计，并制作了相应的实物模型。通过实验测试验证，此辅助电源电路输出电压符合预期值，满足实验设计要求。