一种新型太阳能逆变器辅助电源设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 ３ 基于 ＬＴ３７４８ 的光伏逆变器辅助电源原理图
１．４ 辅助电源的 ＥＭＩ 抑制
太阳能逆变器对电路稳定性具有较高的要求，辅助电源 连接着逆变控制器和主功率电路，因此 EMC 设计是关键问 题。辅助电源的 EMI 等效传导模型如图 4 所示，包括辅助电源
电路。当 NMOS 由导通快速关闭时，NMOS 漏极电压由下式 系统自身的 EMI 和逆变器功率开关系统的 EMI 两部分。
复杂的光耦反馈稳压控制回路，具有结构简单、成本低、效率高和工作可靠等特点。论文给出了多输出太阳能逆变器辅
助电源的原理图和反激式高频变压器的具体设计，并对太阳能逆变器辅助电源设计中的 ＥＭＩ 抑制措施进行了详细介
绍。所设计的电源已经应用于太阳能逆变器中，实验结果表明，电源工作稳定，输出纹波小，变压器无发热现象，满足太
１ 太阳能逆变器辅助电源设计
１．１ 太阳能逆变器辅助电源功能
所设计的逆变器辅助电源输出参数要求如图 1 所示，输 入端为 48 V 直流母线，根据储能蓄电池的特点输入电压范围 要求达到直流 38～57 V，其输出端共有 5 路分别是：+5 V，用 于控制系统主电源；隔离 +15 V，用于功率 MOSFET 驱动电 路；正负 15 V，用于霍尔传感器及其信号调理电路；+12 V，用 于驱动继电器和系统散热风扇。其中控制系统的 CPU 及周边 电路需要 +3.3 V 电源，为了使 CPU 工作稳定，提高 EMC，本 设计的 +3.3 V 电源利用微功耗 LDO 实现 +5 V 到 +3.3 V 的
阳能逆变器的设计要求。
关键词：反激控制器；边界工作模式；太阳能逆变器；辅助电源
中图分类号：ＴＭ ９１４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７ Ｘ（２０１３）０８－１４２２－０３
Design of a novel auxiliary power supply for a PV inverter
LI Ya-jing1, GENG Wei-dong2 (1.Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China; 2. Tianjin Key Laboratory of Photo-electronic Thin Film Devices and Technology, Key Laboratory of Opto-electronic Information Science and Technology Ministry of Education, Institute for Photoelectron,
间，使输出二极管工作在连续模式。
１．３ 电路设计
太阳能逆变器辅助电源电路结构如图 3 所示，LT3748 的 1 脚直接接 Uin，2 脚为芯片使能端，经电阻 R2 和 R3 分压后接 入电路，2 脚电压低于 1.223 V 芯片关闭，1 脚和 2 脚承受电压 最高为 100 V；4 脚输出 PWM 信号驱动 Q1 NMOS Si7450DP， Q1 源极经采样电阻 R4 和 R5 接地，Q1 源极电压信号经 5 脚送 入 内 部 过 流 保 护 电 路 ；电 路 中 R6 就 是 图 2 中 的 Rfb，取 值 6.04 kW，R9 就是图 2 中的 Rref，设计中根据变压器变化比等参 数，调节 R9 的值使输出电压满足要求。
磁芯的选用：首先根据经验公式 S − 0.15 P 计算所需
磁芯有效截面积，式中：S 为磁芯有效截面积；PMAX 为磁芯最大
承载功率。按最大功率 14 W 计算所需磁芯有效截面积为
56 mm2。我们选用锰锌铁氧体 EFD2513 磁芯，材料是 3C90，初
始磁导率 μi =2 300，饱和磁通密度 B =470 mT，有效截面积 Ae=58 mm2。
Nankai University , Tianjin 300071, China)
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｍｏｄｅ ｏｆ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｆｌｙｂａｃｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａ ｆｉｖｅ－ｏｕｔｐｕｔ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ３ ｋＷ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ ｏｐｔｏｃｏｕｐｌｅｒ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｌｏｗ ｃｏｓｔ， ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ． Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｏｕｔｐｕｔ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｏｆ ＰＶ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ａｎｄ ａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｌｙｂａｃｋ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｅｔａｉｌ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ． Ａｎｄ ＥＭＩ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｔｈｉｓ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｌｒｅａｄｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｎ ｉｎｖｅｒｔｅｒ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｗｏｒｋｓ ｗｅｌｌ， ａｎｄ ｉｔｓ ｏｕｔｐｕｔ ｒｉｐｐｌｅ ｉｓ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｗｏｒｋｓ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｎｏ ｆｅｖｅｒ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ， ａｎｄ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｆｌｙｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ； ｂｏｕｎｄａｒｙ ｍｏｄｅ； ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ； ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ
对于直流母线引入的共模纹波电流 ICM_IN，主要是逆变 桥功率 MOS 管开关带来的母线电压尖冲，采取的措施主要
１４２３
２０１３．８ Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．８
ÁÉÁÅÂÂÃÄÁÅÄÆÆÃÇÈÇÁÅÈÂÃÄÆÇÁÂÃ研究与设计
有：（1）改善直流母线滤波；（2）变压器初级增加 RCD 吸收 电路；（3）辅助电源输入端设置共模滤波网络；（4）优化 PCB 布线，尽量缩短 LT3748 驱动输出到 NMOS 管栅极的走线距 离。
收稿日期：２０１３－０１－１１ 基金项目：天津市经委“工业科技开发基金项目”（２０１２０３１２３）； 天津市科委“科技型中小企业专项基金项目”（１１ＫＱ２ＺＧＸ２１９）；天津 职业技术师范大学青年教师基金（Ｋ９０９０１１） 作者简介：李雅静（１９８０—），女，山西省人，讲师，硕士，主要研 究方向为集成电路与系统。 通信作者：耿卫东（１９５５—），男，河北省人，教授，博士生导师， 主要研究方向为集成电路与系统。
研究与设计
一种新型太阳能逆变器辅助电源设计
李雅静 1， 耿卫东 2 （1．天津职业技术师范大学，天津 300222；2．南开大学 光电子薄膜器件与技术研究所 光电子薄膜器件与技术天津市
重点实验室 光电信息技术科学教育部重点实验室，天津 300071)
摘要：详细分析了反激控制器边界工作模式原理，设计了一种具有 ５ 路独立输出的 ３ ｋＷ 太阳能逆变器辅助电源，无需
前研究的热点和困难[3-7]，常用的方法是对功率最大的一路或 两路主输出通过光耦隔离进行反馈稳压控制，而对其他各路 输出再通过三端线性稳压器进行稳压[8]，这样就降低了整个辅 助电源系统的效率。本文采用一种新型 PWM 控制芯片，设计 了一种能够使各路输出电压精确稳压的单端反激变换器辅助 电源，具有体积小、成本低、效率高的特点，并用于一款 3 kW 独立运行太阳能逆变器的设计，实验证明电路工作稳定可靠。
升高或输出电流增大，边界模式探测电路减小 NMOS 开启时
间，使输出二极管工作在断续模式，反之增加 NMOS 开启时
ÁÂÃÄÅÆÇÈ图１逆变器辅助电源输出参数要求
转换，没有从电源变压器直接引出。辅助电源最大输出功率 14 W。
１．２ 边界模式反馈输出电压调节与 ＬＴ３７４８ 芯片
边界模式反馈输出电压调节[9-10]在开关电源的应用是指 不需要光耦或单独变压器绕组，通过变压器原边电感来探测 次级输出电流的变化，控制输出整流二极管工作在连续模式 和断续模式，从而调节输出电压。美国凌特公司的新型反激电 源控制芯片 LT3748 内部集成了边界工作探测器，仅通过变压 器次级输出电流和变压器原边电感就可实现对次级输出电压 的稳压监管，由于只需要探测变压器次级电流在原边电感的 感应电压，设计高精度多路输出的反激电源就更方便，其工作 原理如图 2 所示。在外部 NMOS 导通期间，变压器原边电流增 加，变压器蓄能；在外部 NMOS 关闭期间，NMOS 漏极电压上 升，而随着次级整流二极管的电流逐渐减小，NMOS 漏极电压 随之减小，图 2 中电阻 Rfb 和 Rref 检测 NMOS 漏极电压的变 化，Q1 和 Q2 将 NMOS 漏极电压与输入电压 Uin 进行比较，当 输出二极管电流接近零时，NMOS 漏极上的电压将会低于输 入电压 Uin，边界模式探测器探测 NMOS 漏极电压的变化，在 可变延时定时器的控制下，设置锁存器驱动 NMOS 导通，通过 外部电阻对 Rfb 和 Rref 编程，可设置输出二极管工作在连续模 式或断续模式。LT3748 内部具有完善的输出占空比控制机 制，具有最大关闭时间和最大导通时间限制电路和过流保护
表示：
U − L di ?U ? U dt
（1）
式中：L di 为瞬间突波电压；Uin 为输入电压；Uflbk 为次级绕组 dt
电流感应电压。
图 ４ 辅助电源 ＥＭＩ 传导图
图 ２ 边界模式探测电路原理图
由 于 变 压 器 漏 感 的 存 在 ， 反 激 式 高 频 开 关 电 源 ，在 MOSFET 开关 dv/dt 的作用下形成 3 路主要的共模感应电流 ICM1、ICM2 和 ICM3，分别通过 MOS 管的漏源间寄生电容 Cgd、变压 器原边和磁芯对地平面的耦合电容 Cp 和变压器原副边耦合电 容 Cps 形成 EMI 环路。电路设计中我们采用如下方法进行控 制：（1） 优化变压器的工艺设计，降低 LLeak 从而减少 ICM1 和 ICM2，降低 Cps 从而抑制 ICM3；（2）优选 MOSFET 管降低 Cgd 从 而抑制 ICM1。
太阳能逆变器包括 CPU 控制器、多路信号采集电路、控 制信号输出电路和主功率驱动电路等，往往需要隔离的多路 输出 DC-DC 转换器做辅助电源[1]，而且该辅助电源的性能优 劣直接影响着整机的稳定性。由于隔离反激变压器拓扑具有 结构简单，不需要滤波电感和续流二极管，成本低和体积小等 特点，逆变器辅助电源基本都采用这种结构[2]。传统的反激拓 扑变换器往往需要一个单独的变压器绕组或光耦反馈输出电 压的信息，从而实现对输出电压的闭环稳压控制，光耦反馈需 要附加元器件并且消耗额外的电源功率，增加一个变压器绕 组会增大变压器体积，多路输出交叉调整反馈稳压控制是目
２０１３．８ Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．８
１４２２
ÁÂÃÄÅ研ÆÇ究È与É设计
U ? (U ? U ? I ?R ) ?N
百度文库
（2）
式中：Uout 是次级绕组输出电压；UD 是肖特基二极管压降；Is 是
多路次级输出等效电流；Res 是次级输出等效阻抗。
由于突波电压在输出二极管导通期间持续时间很短，所
以 NMOS 漏极电压就反映了输出电压的变化。如果输出电压
２ 变压器设计
基于 LT3748 设计反激电源，变压器设计是非常关键的，
由于是通过变压器原边电感来探测次级输出电压，所以变压
器的匝数比要严格控制，要求初次级匝数比误差控制在 1%以
内，LT3748 要求变压器工作的最低开关频率为 80 kHz，我们
采用 100 kHz 开关频率，适当减小变压器体积。
１．４ 辅助电源的 ＥＭＩ 抑制
太阳能逆变器对电路稳定性具有较高的要求，辅助电源 连接着逆变控制器和主功率电路，因此 EMC 设计是关键问 题。辅助电源的 EMI 等效传导模型如图 4 所示，包括辅助电源
电路。当 NMOS 由导通快速关闭时，NMOS 漏极电压由下式 系统自身的 EMI 和逆变器功率开关系统的 EMI 两部分。
复杂的光耦反馈稳压控制回路，具有结构简单、成本低、效率高和工作可靠等特点。论文给出了多输出太阳能逆变器辅
助电源的原理图和反激式高频变压器的具体设计，并对太阳能逆变器辅助电源设计中的 ＥＭＩ 抑制措施进行了详细介
绍。所设计的电源已经应用于太阳能逆变器中，实验结果表明，电源工作稳定，输出纹波小，变压器无发热现象，满足太
１ 太阳能逆变器辅助电源设计
１．１ 太阳能逆变器辅助电源功能
所设计的逆变器辅助电源输出参数要求如图 1 所示，输 入端为 48 V 直流母线，根据储能蓄电池的特点输入电压范围 要求达到直流 38～57 V，其输出端共有 5 路分别是：+5 V，用 于控制系统主电源；隔离 +15 V，用于功率 MOSFET 驱动电 路；正负 15 V，用于霍尔传感器及其信号调理电路；+12 V，用 于驱动继电器和系统散热风扇。其中控制系统的 CPU 及周边 电路需要 +3.3 V 电源，为了使 CPU 工作稳定，提高 EMC，本 设计的 +3.3 V 电源利用微功耗 LDO 实现 +5 V 到 +3.3 V 的
阳能逆变器的设计要求。
关键词：反激控制器；边界工作模式；太阳能逆变器；辅助电源
中图分类号：ＴＭ ９１４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７ Ｘ（２０１３）０８－１４２２－０３
Design of a novel auxiliary power supply for a PV inverter
LI Ya-jing1, GENG Wei-dong2 (1.Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China; 2. Tianjin Key Laboratory of Photo-electronic Thin Film Devices and Technology, Key Laboratory of Opto-electronic Information Science and Technology Ministry of Education, Institute for Photoelectron,
间，使输出二极管工作在连续模式。
１．３ 电路设计
太阳能逆变器辅助电源电路结构如图 3 所示，LT3748 的 1 脚直接接 Uin，2 脚为芯片使能端，经电阻 R2 和 R3 分压后接 入电路，2 脚电压低于 1.223 V 芯片关闭，1 脚和 2 脚承受电压 最高为 100 V；4 脚输出 PWM 信号驱动 Q1 NMOS Si7450DP， Q1 源极经采样电阻 R4 和 R5 接地，Q1 源极电压信号经 5 脚送 入 内 部 过 流 保 护 电 路 ；电 路 中 R6 就 是 图 2 中 的 Rfb，取 值 6.04 kW，R9 就是图 2 中的 Rref，设计中根据变压器变化比等参 数，调节 R9 的值使输出电压满足要求。
磁芯的选用：首先根据经验公式 S − 0.15 P 计算所需
磁芯有效截面积，式中：S 为磁芯有效截面积；PMAX 为磁芯最大
承载功率。按最大功率 14 W 计算所需磁芯有效截面积为
56 mm2。我们选用锰锌铁氧体 EFD2513 磁芯，材料是 3C90，初
始磁导率 μi =2 300，饱和磁通密度 B =470 mT，有效截面积 Ae=58 mm2。
Nankai University , Tianjin 300071, China)
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｍｏｄｅ ｏｆ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｆｌｙｂａｃｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａ ｆｉｖｅ－ｏｕｔｐｕｔ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ３ ｋＷ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ ｏｐｔｏｃｏｕｐｌｅｒ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｌｏｗ ｃｏｓｔ， ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ． Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｏｕｔｐｕｔ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｏｆ ＰＶ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ａｎｄ ａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｌｙｂａｃｋ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｅｔａｉｌ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ． Ａｎｄ ＥＭＩ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｔｈｉｓ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｌｒｅａｄｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｎ ｉｎｖｅｒｔｅｒ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｗｏｒｋｓ ｗｅｌｌ， ａｎｄ ｉｔｓ ｏｕｔｐｕｔ ｒｉｐｐｌｅ ｉｓ ｓｍａｌｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｗｏｒｋｓ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｎｏ ｆｅｖｅｒ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ， ａｎｄ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｆｌｙｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ； ｂｏｕｎｄａｒｙ ｍｏｄｅ； ｓｏｌａｒ ｐｏｗｅｒ ｉｎｖｅｒｔｅｒ； ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ
对于直流母线引入的共模纹波电流 ICM_IN，主要是逆变 桥功率 MOS 管开关带来的母线电压尖冲，采取的措施主要
１４２３
２０１３．８ Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．８
ÁÉÁÅÂÂÃÄÁÅÄÆÆÃÇÈÇÁÅÈÂÃÄÆÇÁÂÃ研究与设计
有：（1）改善直流母线滤波；（2）变压器初级增加 RCD 吸收 电路；（3）辅助电源输入端设置共模滤波网络；（4）优化 PCB 布线，尽量缩短 LT3748 驱动输出到 NMOS 管栅极的走线距 离。
收稿日期：２０１３－０１－１１ 基金项目：天津市经委“工业科技开发基金项目”（２０１２０３１２３）； 天津市科委“科技型中小企业专项基金项目”（１１ＫＱ２ＺＧＸ２１９）；天津 职业技术师范大学青年教师基金（Ｋ９０９０１１） 作者简介：李雅静（１９８０—），女，山西省人，讲师，硕士，主要研 究方向为集成电路与系统。 通信作者：耿卫东（１９５５—），男，河北省人，教授，博士生导师， 主要研究方向为集成电路与系统。
研究与设计
一种新型太阳能逆变器辅助电源设计
李雅静 1， 耿卫东 2 （1．天津职业技术师范大学，天津 300222；2．南开大学 光电子薄膜器件与技术研究所 光电子薄膜器件与技术天津市
重点实验室 光电信息技术科学教育部重点实验室，天津 300071)
摘要：详细分析了反激控制器边界工作模式原理，设计了一种具有 ５ 路独立输出的 ３ ｋＷ 太阳能逆变器辅助电源，无需
前研究的热点和困难[3-7]，常用的方法是对功率最大的一路或 两路主输出通过光耦隔离进行反馈稳压控制，而对其他各路 输出再通过三端线性稳压器进行稳压[8]，这样就降低了整个辅 助电源系统的效率。本文采用一种新型 PWM 控制芯片，设计 了一种能够使各路输出电压精确稳压的单端反激变换器辅助 电源，具有体积小、成本低、效率高的特点，并用于一款 3 kW 独立运行太阳能逆变器的设计，实验证明电路工作稳定可靠。
升高或输出电流增大，边界模式探测电路减小 NMOS 开启时
间，使输出二极管工作在断续模式，反之增加 NMOS 开启时
ÁÂÃÄÅÆÇÈ图１逆变器辅助电源输出参数要求
转换，没有从电源变压器直接引出。辅助电源最大输出功率 14 W。
１．２ 边界模式反馈输出电压调节与 ＬＴ３７４８ 芯片
边界模式反馈输出电压调节[9-10]在开关电源的应用是指 不需要光耦或单独变压器绕组，通过变压器原边电感来探测 次级输出电流的变化，控制输出整流二极管工作在连续模式 和断续模式，从而调节输出电压。美国凌特公司的新型反激电 源控制芯片 LT3748 内部集成了边界工作探测器，仅通过变压 器次级输出电流和变压器原边电感就可实现对次级输出电压 的稳压监管，由于只需要探测变压器次级电流在原边电感的 感应电压，设计高精度多路输出的反激电源就更方便，其工作 原理如图 2 所示。在外部 NMOS 导通期间，变压器原边电流增 加，变压器蓄能；在外部 NMOS 关闭期间，NMOS 漏极电压上 升，而随着次级整流二极管的电流逐渐减小，NMOS 漏极电压 随之减小，图 2 中电阻 Rfb 和 Rref 检测 NMOS 漏极电压的变 化，Q1 和 Q2 将 NMOS 漏极电压与输入电压 Uin 进行比较，当 输出二极管电流接近零时，NMOS 漏极上的电压将会低于输 入电压 Uin，边界模式探测器探测 NMOS 漏极电压的变化，在 可变延时定时器的控制下，设置锁存器驱动 NMOS 导通，通过 外部电阻对 Rfb 和 Rref 编程，可设置输出二极管工作在连续模 式或断续模式。LT3748 内部具有完善的输出占空比控制机 制，具有最大关闭时间和最大导通时间限制电路和过流保护
表示：
U − L di ?U ? U dt
（1）
式中：L di 为瞬间突波电压；Uin 为输入电压；Uflbk 为次级绕组 dt
电流感应电压。
图 ４ 辅助电源 ＥＭＩ 传导图
图 ２ 边界模式探测电路原理图
由 于 变 压 器 漏 感 的 存 在 ， 反 激 式 高 频 开 关 电 源 ，在 MOSFET 开关 dv/dt 的作用下形成 3 路主要的共模感应电流 ICM1、ICM2 和 ICM3，分别通过 MOS 管的漏源间寄生电容 Cgd、变压 器原边和磁芯对地平面的耦合电容 Cp 和变压器原副边耦合电 容 Cps 形成 EMI 环路。电路设计中我们采用如下方法进行控 制：（1） 优化变压器的工艺设计，降低 LLeak 从而减少 ICM1 和 ICM2，降低 Cps 从而抑制 ICM3；（2）优选 MOSFET 管降低 Cgd 从 而抑制 ICM1。
太阳能逆变器包括 CPU 控制器、多路信号采集电路、控 制信号输出电路和主功率驱动电路等，往往需要隔离的多路 输出 DC-DC 转换器做辅助电源[1]，而且该辅助电源的性能优 劣直接影响着整机的稳定性。由于隔离反激变压器拓扑具有 结构简单，不需要滤波电感和续流二极管，成本低和体积小等 特点，逆变器辅助电源基本都采用这种结构[2]。传统的反激拓 扑变换器往往需要一个单独的变压器绕组或光耦反馈输出电 压的信息，从而实现对输出电压的闭环稳压控制，光耦反馈需 要附加元器件并且消耗额外的电源功率，增加一个变压器绕 组会增大变压器体积，多路输出交叉调整反馈稳压控制是目
２０１３．８ Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．８
１４２２
ÁÂÃÄÅ研ÆÇ究È与É设计
U ? (U ? U ? I ?R ) ?N
百度文库
（2）
式中：Uout 是次级绕组输出电压；UD 是肖特基二极管压降；Is 是
多路次级输出等效电流；Res 是次级输出等效阻抗。
由于突波电压在输出二极管导通期间持续时间很短，所
以 NMOS 漏极电压就反映了输出电压的变化。如果输出电压
２ 变压器设计
基于 LT3748 设计反激电源，变压器设计是非常关键的，
由于是通过变压器原边电感来探测次级输出电压，所以变压
器的匝数比要严格控制，要求初次级匝数比误差控制在 1%以
内，LT3748 要求变压器工作的最低开关频率为 80 kHz，我们
采用 100 kHz 开关频率，适当减小变压器体积。