基于PC40EE25的开关隔离电源设计

引言

　　根据《太阳能光伏发电系统研制技术协议》的规定， 接入太阳能光伏发电系统的电池阵列在最强光照的情况下的开路电压将不能超过750 V，最低不低于120 V。本文介绍的开关电源就是在120～750 V的输入电压范围内能稳定地输出， 从而使太阳能光伏并网发电系统能在协议规定的输入范围内稳定地为低压控制器、IGBT驱动器以及LCD供电， 并使系统可靠地工作。
 

　　1 电路拓扑

　　本设计的电路拓扑结构如图1所示， 图中，当VT1和VT2同时导通时， DC电源和变压器初级组成回路， 变压器初级的电流上升， 变压器的磁通密度从初始的剩余磁通Br上升到峰值Bw， 并将能量存储在变压器中， 这时， 由于次级的二极管VD3的截止作用， 使得变压器不能向次级传送能量； 而当VT1和VT2同时关断的时候， 由于反激的作用， 变压器初级的电压反向， 钳位二极管VD1和VD2导通， 以把原边绕组的反激电压和开关管上的电压钳制在电源电压Vdc。此时， 存储在变压器的能量一部分向副边传递， 另一部分通过钳位二极管返回给电容C1和C2。因而在反激时间内， 变压器的磁通密度从峰值Bw下降到剩余磁通Br。经过一段时间， VT1和VT2又同时开通，以进入下一个周期。整个电路通过连续地开关VT1和VT2， 就可以得到稳定的直流输出。

图1 双管反激式拓扑结构

　　由于实际电路的分布参数以及开关管VT1和VT2的属性并非完全相同， 所以， VT1和VT2不是完全同时开关。当VT1先关断时， 变压器初级T1、VT2和VD2组成回路续流， 而当VT2关断时，变压器储存的能量将向次级传送； 同理， 当VT2先关断， 变压器初级T1、VT1和VD1将组成回路续流， 并当VT1关断时， 变压器存储的能量向次级传送。

　　与一般采用单管加控制芯片的开关电源不同的是， 本设计采用了上下两个MOSFET， 这样做的目的一是可以降低每个开关管上承受的电压，二是两个开关管不需要采用两个控制芯片来控制， 而只用一个PWM波就可以实现两个开关管的同时开通和关断。

　　图2所示是本设计的主电路图， 图中， D1和D2主要防止由于反激电压串入DC电源引起DC电压波动， R1和R2取值相同， C1和C2的容值属性均相同， 这样一方面可以平衡C1和C2上的电压，另一方面可以降低C1的C2的耐压。VT1和VT2共用一个驱动信号， 故可实现同时开通和关断。R3为采样电阻， 该主电路采用的是峰值电流控制模式。VT4的作用主要是外加保护。辅助绕组的设计主要是为控制电路供电。次级整流二极管后加π型滤波器的效果要比只用电容滤波更好， R4为假负载， 主要是防止开关电源的空载。R5， R6，tl431， pc817和R7共同组成反馈电路。

图2 主电路图