0 引言

　　某電信設(shè)備用電源要求輸入為AC 220V,，有5V/6A,、12V/4A、-12V/0.3A、24V/4A四路DC輸出,。并且要求具有在線UPS功能,，交流停電時要無間隙切換，保證設(shè)備繼續(xù)正常供電,，直至營業(yè)廳最近一筆業(yè)務(wù)辦彈完畢,，系統(tǒng)處理保存完各種數(shù)據(jù)后允許關(guān)機(上位機給電源發(fā)出關(guān)機信號)方可斷電，且要求成本低廉,。

　　1 方案選擇

　　常用方案為交流輸入側(cè)加一個輸出AC 220 V的UPS,，后面為AC/DC多路輸出開關(guān)電源。但這種方案線路較復(fù)雜,，成本較高,。考慮到該電源的具體要求,，我們確定了以下方案：電源分兩級,，第一級為AC/DC，將AC 220V變換為DC 24V,，一方面為24V負載供電,，同時給24V蓄電池充電(因為該電源中蓄電池為備用電源，為浮充使用狀態(tài),，故充電電壓取2.275V/cell,，24 V蓄電池的浮充電壓即為2 275x12=27.3 V。因而實際輸出電壓設(shè)計為27.3V,，以對蓄電池浮充電,，24V負載允許±15％電壓波動)。第二級為DC/DC,，將24 V變換為5 V及±12V多路輸出,。這樣，既滿足了使用要求,，電路又較簡單,，成本較低。該電源原理框圖如圖1所示,。

　　2 工作原理及設(shè)計要點

　　2.1 第一級AC/DC

　　考慮到輸入為AC 220V,，為降低開關(guān)器件電壓定額，主電路拓撲采取半橋方式,，fk50 kHz,，PWM控制芯片采用TL494。眾所周知,，TL494是TI公司生產(chǎn)的使用非常廣泛的電壓型PWM控制芯片,，包含兩個誤差放大器，一個振蕩器，一個死區(qū)時間控制比較器(DTC),，一個脈沖調(diào)整控制觸發(fā)器,，一個5 V精度5％的基準電源及輸出控制電路。該芯片可通過輸出控制端(腳13)接地或接基準電壓Vref選擇輸出為單端并聯(lián)方式或推挽工作方式,。在本電源中,，TL494 工作于推挽工作方式。一個誤差放大器用作輸出電壓反饋控制,，一個誤差放大器用來進行一次側(cè)過流保護,，DTC用來進行輸出電壓過壓保護，因為在DTC上電壓為0～3.3 V時,，死區(qū)時間占空比在3％～100％間線性變化,。TL494對接線路如圖2所示。

　　為了保證蓄電池不會放虧,，延長電池使用壽命,，設(shè)有欠壓保護電路，如圖3所示,。

　　由圖3可見,，不論何種原因，當(dāng)電壓低于蓄電池終止電壓(理論值21 V,，實際設(shè)計值為2I.5 V)時,，繼電器觸點斷開，切除蓄電池負載,，并保持該狀態(tài)至下次交流恢復(fù)供電，為防止在動作值臨界點附近比較器輸出產(chǎn)生振蕩,，加有正反饋環(huán)節(jié),，使比較器輸入信號產(chǎn)生回差滯環(huán)。

　　2.2 第二級DC/DC

　　由于DC/DC部分輸出功率不大,，約80 W,，且為多路輸出，故采用單端反激線路是合適的,。工作頻率fk取100 kHz,，PWM控制芯片采用UC3845A，該芯片是一種常用的低成本電流型PWM控制芯片,，除包含一個誤差放大器,、一個內(nèi)部振蕩器、一個5 V基準電源,、一個欠壓保護比較器及大電流圖騰柱輸出級外,，該芯片還包含一個電流傳感比較器，因而具有逐脈限流的特點。利用該特點實現(xiàn)了初級電流逐脈限流保護,，并據(jù)此設(shè)計了簡單,、實用的輸出側(cè)5V、12 V過壓保護電路,，當(dāng)出現(xiàn)過壓時,，對應(yīng)穩(wěn)壓管擊穿，晶閘管引起逐脈限流保護,。

　　因為DC/DC的5 V,、12V輸出負載在啟動時變化較大，且時序不同,，單用5V一路反饋信號,，雖可使5 V在啟動及正常工作時保持穩(wěn)定，但12V的電壓其穩(wěn)定性在啟動時受5 V負載變化的影啊較大,，亦即動態(tài)交叉負載調(diào)整率較大,，不滿足設(shè)備使用要求。為提高12V的輸出電壓的穩(wěn)定性,，引入了 12 V輸出的反饋信號,，如圖4所示。

　　在12V輸出與 UC3845A的腳2反饋端VFB加反饋電阻(實際應(yīng)用中,，為方便滿足設(shè)計電阻位,，設(shè)汁為兩個串聯(lián)或并聯(lián)的電阻)，因原副邊共地,，故直接分壓反饋,，不用光耦隔離，簡單,、準確,、響應(yīng)快，取反饋比例系數(shù)K=0.5,，因5 V單一反饋時流入VFB腳的反饋電流IFB=(5-2.50)/(5.1xlO3)=490(μA),故12V反饋電流為K4x90=0.5x490=245(μA),，則12V輸出與VFB間電阻值為(12-2.50)/245×10-6=38.8Ω,取電阻標稱值39kΩ。而5V輸出與VFB間的反饋電阻值為(5-2.5)/245x10-6=10.2(kΩ),，取電阻標稱值10kΩ,。根據(jù)實際情況，可調(diào)整12V輸出的反饋深度,，即調(diào)整反饋比例系數(shù)K,，也可引入更多路的反饋信號，各路反饋信號的反饋比例系數(shù)可調(diào)整,，但其總和應(yīng)為1,，此即為所謂多路比例反饋,。引入12V反饋信號后，12V穩(wěn)壓精度提高,，5V穩(wěn)壓精度略有降低,，滿足了設(shè)備動、靜態(tài)要求,。

　　因電源所帶負載包括CPU及大規(guī)模集成電路,，對電壓沖擊較敏感，故在5V及12V反饋電阻上并聯(lián)有電容引入微分反饋信號,，以抑制開機時各輸出電壓的上沖幅值,。

　　3 高頻變壓器設(shè)計

　　AC/DC高頻變壓器采用El-40立式磁芯，材質(zhì)為鐵氧體PC40,，采用“初包次”的繞法,，即靠近磁芯最里層先繞一半匝數(shù)初級繞組，再繞次級繞組及輔助電源繞組,，末了最外層再繞剩下的一半匝數(shù)初級繞組,，亦即所謂“三明治”繞法，使初,、次(原,、副邊)級耦合較好，漏感小,。

　　DC/DC高頻變壓器采用EER28立式磁芯,，材質(zhì)為鐵氧體PC40，氣隙取1.06 mm,，采用“三明治”繞法,，同時因為副邊為多路輸出，故副邊繞組采用堆疊法繞制,，以加強耦合,，減少漏感，降低成本,。對于輸出電流較大的繞組，采用多股并繞方式繞制,，以減小集膚效應(yīng),，增強耦合。

　　4 結(jié)語

　　該電源實測表明,，滿載時各輸出電壓紋波峰峰值Vp-p(頻帶寬20MHz)如表1所列,。

　　一級AC/DC效率η=88％，二級DC/DC效率η=75％,，各保護環(huán)節(jié)工作可靠,，滿足設(shè)備啟動及正常工作的要求,。該電源已批量生產(chǎn)近一年，實際運行可靠穩(wěn)定,，性能良好,。