基于某UC2844地单端反激电源原理及波形

.docx1、电路正常工作时（1）启动初始开始的一段时间Pin1电压维持在7.2V，原因：（1）+15电压较低，反馈电路的光耦U17初级侧的二极管两端电压未达到导通门限，因而U17次级侧阻抗无穷大（开路）（2）2844的Pin2（内部误差放大器“'端）接地，因此误差放大器输出为高电平，电压由芯片内部决定注：UC284X/UC384X芯片资料中误差放大器输出高电平的典型值为6.2V，测量其他产品开关电源启动时Pin1电压也都在6V左右，唯有这个电路Pin1电压偏高，但器件资料并没有给出高电平的最大值CH1:UC2844Pin1CH2:UC2844Pin3CH3:MOS驱动CH4:+15V实用文档当Pin1电压为7.2V时，Pin3电压达到1V则电流取样比较器输出翻转为高，驱动关闭。从2844内部框图可以看出当Pin1电压大于4.4V时(2个二极管压降为0.7V*2)，电流取样比较器“端电压会被稳压二极管钳位到1V。当Pin1电压小于4.4V时，电流取样比较器端电压=(Vcom-1.4)/3。CH1:UC2844Pin1CH2:UC2844Pin3CH3:MOS驱动CH4:+15VCH1:电流检测电阻上的电压标准文案CH2:UC2844Pin3CH3:MOS驱动0开始启动时的第二个脉冲启动时第一个驱动脉冲，电流检测电阻上的电压从上升，驱动持续时间比较长（10uS左右）Apian[TKhndi^BGJVI20H2S4E2O130500^'|宾此丫■IQOV^|-h.i：lir*I聲苞宣fl0开始上升，也就是说开关管的电流不是从观察第二个驱动脉冲波形，电流检测电阻上的电压不是从0开始，所以此时电路工作在CCM（电流连续模式），这是因为启动时负载电流比较大（给各电路的储能电容充电）。从下图的电路中可以看到，开关管Q2的电流检测电阻后端接了一个RC滤波，然后才接到UC2844的Pin3，由于经过了滤波，Pin3电压是从0V开始逐渐上升的，并不像电流检测电阻上的电压那样陡峭开关管电流检测增加RC滤波的原b因：（1）变压器初级侧线圈匝与匝之间有分布电容，当MOSFET每次开通时，输入电压会给此电容充电,充电电流会流过开通的MOSFET，导致MOSFET电流上有尖峰，此尖峰会体现在电流检测电阻的电压上，并可能超过UC2844电流取样比较器的门限导致MOSFET误关断，因此需要将此尖峰滤除。输入电压越大，匝间电容充电电流尖峰越大，如下图所示（MOSFET电流采样电阻上的波形，SIZE-D驱动板）120V输入电压，最大尖峰411mV标准文案300V输入电压，最大尖峰730mV实用文档标准文案（2）在CCM（电流连续模式）状态下，初级侧MOSFET开通时，次级侧整流二极管反向恢复，反向恢复电流经过变压器反射到初级侧，在MOSFET电流上形成一个尖峰，如下图所示（电动汽车24V输入驱动板），此尖峰会超过UC2844电流取样比较器的门限导致MOSFET误关断，因此同样需要将此尖峰滤除。在DCM（电流不连续模式）时，整流二极管不会有反向恢复电流，则MOSFET开通时没有电流尖峰。CCM，电流采样电阻上的尖峰关于二极管反向恢复的详细讲解请参考DCM，电流采样电阻的波形无尖峰CH1:电流采样电阻上的电压CH2:UC2844Pin3二极管的反向恢复.docx增加RC滤波的影响：滤波电容容值偏小，电流尖峰不能有效消除；容值偏大会造成电流反馈延时过大，UC2844电流采样脚Pin3的电压低于电流采样电阻的电压，会造成输出限电流/限功率不准，重载或者输出短路时导致MOSFET、整流二极管损坏。经验案例参考：13101（2）Pin1电压下降主反馈（+15V）电压达到11.5V时，UC2844Pin1电压开始从7.2V往下降，此时光耦U17Pin1为9.6V,Pin2为8.7V，光耦U17的发光二级管导通（管压降1.0V），Vce电压下降（即UC2844Pin1电压下降）注：从原理上来说，主反馈电压要达到15V才能使得TL431基准输入电压为2.5V，这样才能保证TL431开始工作，光耦二极管开始导通；而这里主反馈在11.5V时光耦二极管就导通，并不是因为TL431开始工作了，具体原因后文有详细说明CH1:UC2844Pin1CH2:U17Pin1CH3:U17Pin2CH4:+15V随着UC2844的Pin1电压降低到低于4.4V，电流取样比较器反相输入端电压不再被钳位到1V，而是随着Pin1电压下降而下降。这样Pin3的电压峰值也逐渐低于1V。CH1:UC2844Pin1CH2:UC2844Pin3CH3:MOS驱动CH4:+15VFRIDEC14I33E122012电压能达于1V了AgilsntTtchnolagit*这里Pin3Pin3电压已经低(3)稳态时的波形CH1:UC2844Pin1CH2:UC2844Pin3CH3:MOS驱动CH4:+15V稳定工作时Pin1为1.76V，根据芯片资料，UC2844内部电流比较器的门限电压(端电压)为(1.76-1.4)/3=120mV。从这个图看，Pin3电压达到170mV时驱动关断，与计算的120mV有些偏差。注：此处计算有错误，关断时内部电流比较器门限电压应该用此时Pin1的瞬时值计算，而不是用有效值二、新制动单元开关电源电路图(Ver:0)与SIZE-D的驱动板不同，新制动单元UC2844的Pin1没有通过电阻接到Pin8,从后文可以看出这样做是不太合适的I'«lQtUIMKiJlTK汕丄：l1IMnI眄FIOi»pFisdta1-^vx；4L.Ill童七生勺150241*\^~~=XS51-U土Fi-s-'Mr「VPQR«-PS2S01L-1.-E3-As;.ZH.J「..'J??」已-C42lkD+u.^XZV^—匸:'+5VC430.31ilFD,1AFibOEiK±段—771、启动时Vcc波形新制动单元启动时UC2844的电源Vcc先下降再上升，最低到11V左右，由于UC2844欠压锁定的门限最大值为11V，因此这里有可能导致开关电源打嗝。而SIZE-D启动时Vcc下降幅度很小。新制动单元波形CH1:UC2844Pin7（Vcc）CH3:UC2844Pin6CAgitaalF»ld$6©J0l3SIZE-D波形CH1:UC2844Pin7（Vcc）通过上面的波形引申出两个问题（1）启动时UC2844供电电源Vcc电压值为什么会先降低再上升？启动时，除了给UC2844供电的辅助绕组外，各输出绕组的滤波电容上电压都很低（0V），因此输出绕组电压被钳位在较低的电压。由于此时辅助绕组输出滤波电容的电压较高（即UC2844电源电压Vcc），整流二极管无法导通，UC2844的工作电流全部来自滤波电容，因此UC2844电源Vcc会有一段时间的下降，直到辅助绕组电压高于滤波电容电压，辅助绕组开始给UC2844供电并给滤波电容补充能量，Vcc电压升高。下图为辅助绕组整流二极管阳极电压波形，启动时阳极电压低于阴极电压（即UC2844电源Vcc电压）(2)为什么新制动单元的Vcc电压降幅比SIZE-D大很多？对比新制动单元和SIZE-D电路主要有三点不同新制动单元UC2844的Vcc滤波电容为47uF,SIZE-D则为220uF。这样在UC2844启动之前，SIZE-D的滤波电容储存的能量较多，启动后电压下降较慢。新制动单元驱动电阻为10Q,SIZE-D为100Q，两者MOS管型号不同，但其输入电容Ciss相同，因此SIZE-D驱动电流较小，Vcc负载比新制动单元小，SIZE-DVcc电压下降慢。变压器有一路绕组给Vcc供电，新制动单元Vcc限流电阻为10Q,SIZE-D为36Q,新制动单元Vcc供电电流比SIZE-D大，这一点新制动单元优于SIZE-D。综上，针对(1)、(2)做对比试验(1)针对Vcc滤波电容试验的波形如下新制动单元，滤波电容加大为100uF，启动时Vcc最低为13.3V。SIZE-D滤波电容减小为47uF,启动时Vcc最低为12.9V,仍高于47uF滤波电容值的新制动单元。⑵更改新制动单元MOS驱动电阻为100Q，启动时Vcc最低仍为11V，表明此电阻对Vcc电压无影响。原因：MOS门极电压升到15V所需要的电量是一定的，亦即UC2844输出的能量是一定的，驱动电阻只是决定了电压上升的快慢，并不改变UC2844负载大小2、UC2844Pin1（电压反馈）波形稳定工作时的波形（高分辨率模式）CH1:UC2844Pin1CH2:UC2844Pin3CH3:MOS驱动从上面的波形可以看出，UC2844Pin1电压波动很大，有约1ms的时间为0V，即反馈光耦U10（CTR为200~400）处于饱和导通的状态，这段时间内MOSFET驱动完全关闭。从原理图上看，UC2844的Pin1与Pin8之间没有接电阻，光耦次级侧电流lc完全靠UC2844Pin1提供，但是UC2844Pin1的拉电流能力（误差放大器输出为高电平时的输出电流）很小（如下图所示），导致光耦次级lc很小，当主反馈电压偏高时，光耦If增大，使得初、次级满足If*CTR>Ic，光耦饱和导通。电勺■特性（Vcc=15V.bt幼Ri=10k,CT=33nF.TA=T|QW亍丁呦』注3],除“対台规宦」Wftt持号UC284JLUC3&4Jt1单怕V.VJt大富堆肢大計棒分砂应那输\(Vo»2jSV)Vf&2.45252.552.422.52.58V加伍「电卫（Vii=?7V〕l|B■-01-10--01-20llA"环社Ih州益Vn=2jflV<,0V；A畑.6590■-6590dB旳耗峠十诂审T>=25^0BW0.71.0-0.71.0MHz飞淖押制比至2SV、PSRR6070-6070dB岡询=1,W+pb^.TV)2J012ZO-0512-1.0mA|JiVD=5.aVyr；=2.3V)-05-1.0I”魁态(R』15k生地丫Vfb=Z3V)1L^(RL-15k^Vrj.Vt»-2,7V>V*Vol5JO6.20.01J5.06.20,0LIVUC2844内部误差放大器特性尝试在UC2844的Pin1、Pin8之间接电阻，当Pin1电压低于Pin8电压（5V）时，Pin8可以通过此电阻给光耦次级侧提供电流，增大Ic，使光耦不进入饱和导通状态。通过实验对比可以看出加电阻确实可以使光耦一直工作在放大区，这样可以明显减小输出电压的纹波（实验中测试的是UC2844电源Vcc）（1）加电阻2kQ，稳态时波形如下，UC2844Pin1电压在2.48V左右CH1:UC2844Pin1CH2:MOS驱动(2)加电阻4.7kQ,稳态时波形如下，UC2844电源Vcc纹波150mV,Pin1电压2V左右CH1:UC2844Pin7(Vcc)CH2:MOS驱动CH3:UC2844Pin1(3)未加电阻时波形如下，UC2844电源Vcc纹波高达530mVCH1:UC2844Pin7(Vcc)CH2:MOS驱动CH3:UC2844Pin1三、电动汽车低压驱动板开关电源低压驱动板上有2两路开关电源，输入电压都是24V低压，但负载不同，电路设计不一样。1、开关电源1启动波形（1）第一个驱动，持续时间长，电流检测电阻上的电压已经达到1.2V。由于输入电压只有24V，变压器匝间电容几乎不会引起MOSFET开通时的电流尖峰CH1:电流检测电阻电压CH2:Isense电压2、稳态时的波形（DCM）由于变压器有漏感，等效为与变压器原边绕组串联，MOS开通时漏感会储存能量，当MOS关断时漏感储存的能量不能传递到副边，此部分能量需要寻找泄放途径，就会在MOS电压上形成尖峰。在DCM状态，电流较小，因此MOS关断时尖峰电压较低，如下图为49VCH1:MOS管电压VdsCH2:次级侧+17U整流二极管电压AgilentTechnakgitsWEDAUG271025:352014姦256.0JJftD.Ol/呼止fH14.0Vi344VTji£[a*清除聲说DCM状态，当次级侧整流二极管续流结束时，初级侧励磁电感和MOSFET的输出电容Coss(D、S之间电容)谐振，励磁电感感量大，所以谐振幅度大，频率低(f=1/(2n*VLC,引起谐振的过程如下：(1)首先，在副边传递能量的过程中，MOS管上的电压是输入电压与副边反射电压之和。由于两者都是稳定的，所以前期电压是稳定的。(2)当能量传递完成的时候，畐灿相当于开路，原边也相当于开路，那么原边电路等效为一个输入电源，一个变压器绕组，一个MOS管输出电容，即电源+电感+电容，由于电容上的电压与电源电压不相等，所以只能发生谐振。振荡开始阶段，MOS管输出电容上的电压(输入电压Vin与反射电压Vr之和)比输入电压高，MOS管输出电容开始通过变压器原边给输入电源充电，所以MOS管DS电压开始降低，由于RCD钳位电路的存在，这个振荡是阻尼振荡，幅度越来越小，直到Vds稳定在输入电源电压。谐振电压通过变压器耦合到次级侧整流二极管CH1:MOS管电压CH3:+17U整流二极管电压AgiltrilTKlwialogkfrsTUEAUG26I4.4C.272QH4■0}AailentT措施

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