正负母线均压变换器拓扑电路的设计

正负母线均压变换器拓扑电路的设计
【摘要】本文设计的变换器电路能够在提供辅助电源的同时在硬件上保证母线的平衡。

变换器采用单端反激的设计方法，正负母线均衡通过二极管钳位来完成的。

本文对拓扑电路的设计方案和变压器等参数进行了详细的描述和计算。

实测电路能提供60W的辅助电源能力，正负母线不均衡度为1.8V。

此种拓扑电路可以应用在任何母线为±（260-450）V的开关电源上。

【关键词】变换器，单端反激，辅助电源，开关电源，均压
Abstract：The converter circuit can supply auxiliary power and ensure bus balances on the hardware. The converter used design method of single-ended flyback，clamping-diodes balanced the positive and negative buses.The design plan and parameter are described.The practice shows that the circuit can provide auxiliary power capability of 60W and the uneven degree of the positive and negative buses is 1.8V.The circuit can be used in any switching power supply，whose bus voltage range is±（260-450）v.
Keywords：auxiliary power;single-ended flyback;voltage-sharing;switching power supply
1.前言
本文设计了一种正负母线均压变换器的拓扑电路，本拓扑电路将开关电源的辅助电源电路和能量转移电路结合起来，构成一个两用途的一体化正负母线均压变换器。

此种拓扑电路可以应用在任何母线为±260-450V的开关电源上，能够在提供辅助电源的同时在硬件上保证母线的平衡，正负母线电压差在2V以内。

本电路包括由两桥臂和变压器组成的半桥式变换电路、变压器和二极管组成的能量转移电路。

所述变压器是一个整体，基本绕组有两个，一个是辅助电源工作绕组，一个是能量转移绕组。

且匝数相同。

其他绕组可以根据辅助电源的要求变化。

半桥式电路的一桥臂包括开关管Q1、开关管Q2，半桥式电路的另一桥臂包括电容C1和电容C2，能量转移电路由变压器的一个绕组与二极管D1、D2组成，组成示意图如图1所示。

图1 变换器示意图
2.均压策略
与半桥变换器对应的另一桥臂上的C1、C2、D1、D2和变压器的一个绕组组成了具体的均压环节[1][2]。

V1和V2绕组匝数相同，同名端如图1所示。

当Q1导通，Q2截止，如果此时V1大于正母线电压，有V2=V1，V2也大于正母线电压，此时D1导通，V1被钳位正母线电压处。

当Q2导通，Q1截止，如果
此时V1小于负母线电压，有V2=V1，V2也小于负母线电压，此时D2导通，V1被钳位负母线电压处。

正负母线均衡是通过两个二极管来钳位的，因此电压差为二极管导通压降，在此电路中使用的二极管为UF3007，正向压降最小为1V。

两个二极管理论上正负母线电压差在2V。

3.设计方案
本变换器的技术要求如表1所示。

用一个隔离变压器T1构成单端反激式变换器[3]，变压器T1设计输入为415V，其一个辅助绕组输出14V为风扇提供电源，将此路电压作为反馈控制电压;T1另一绕组输出60V，为主输出回路，为所有供电设备供电。

PWM控制芯片[4]使用UCC2808，变换器开关频率均定为125K。

总体电路图如图2所示。

输入电压范围为260VDC～450VDC。

图2 电路图
4.设计参数
4.1 振荡元件参数、启动电阻参数、分压电阻参数、电流采样电阻
所选择开关频率为125K，根据2808应用手册，取CT等于2.2n：
（1）
由公式1，计算得到RT约等于5.1K，实际应用中取RT取5.1K。

辅助电源最低启动电压为260VDC，最高工作电压为PFC输出电压加上一定的余量[5]，定为450VDC。

UCC2808启动电流约为0.26mA，启动电阻取450K 左右，启动电阻最大功耗约为0.45W，实际使用4个150K/0.5W实现，每个电阻上的功率降额为25%。

UCC2808误差放大器内部比较基准为2.2V，因此反馈取样电阻需将反馈电压分压到2V，在辅助电源中取两电阻为20K和3K时可将15.5V电压分为2V。

所选用的分压电阻为1%精度电阻，由于反馈电压精度要求都不是很高，取样电阻在误差范围内变化时造成的电源输出电压的变化不会对模块的正常工作造成影响。

4.2 变压器T1的设计
变压器技术要求：
输入电压：260～450VDC
输出功率：59.04W
工作频率：f=125KHz
最大占空比：Dmax=0.45
冷却方式：强迫风冷
输入功率：设辅助源效率为70%，输入功率为：
Pin=Po/70%=59.04/0.7≈84.34W
由于辅助电源输出功率很小，按照DCM来设计辅助电源，磁芯选择EER28，其Ae为82.1mm2，窗口面积为114mm2。

取最大工作磁密为0.234T。

原边匝数为：
（2）。