摘要：设计了一种以UC3842为控制芯片的单端反激式光伏逆变器用多路开关电源，该电源具有9路直混输出通过调节控制芯片输出脉冲的占空比以适应直流输入在较大范围内的曼化，为光伏并网逆变器的开关器件驱动及控制电路提供稳定的直流电压，介绍并改进了电流型控制芯片uC3842的工作原理、外围电路和高频变压器的设计以及所采用的共模滤波电容和π型滤波电路等，旨在改善输出直流电压电能质量样机试验表明．该电源输出直流电压纹波在可以接受的范围内，能够适应输八直流电压的大范围波动，为光伏逆曼器长期运行可靠供电关键词。开关电源：单端反激：uC3842；光伏；逆变器

l        引言

随着人们对清洁能源发电亟视程度的不断加深并网型光伏逆变器得到了越来越广泛的应用。光伏逆变器止常工作需要对其开关器件驱动、电压／电流传感器和控制系统进行多路相互隔离的直流供电．一般使用开关电源实现此功能。开关电源需从光伏阵列输出的血流母线取电，经过DC／DC变换实现对光伏逆变器的多路独立供电。山于光伏逆变器可能存不同光照条件下工作，且运行巾需要实时控制直流母线电压。因此要求开关电源能适应较大范围内输八直流电压的变化并保证输出电压稳定。

随着电源技术的不断进步，丌关电源的控制史加集成化．即通常将PwM控制和保护等功能集中到主控芯片上．以提高口J_靠性并使得外同电路简单  美围Unitrodc公司开发的UC3842是一种高性能的新蜊开关电源控制器．其频率同定，单端输m，可直接冁动品体管和MospET，具有管脚数量少、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低等优点’，在国内应用广泛。作为一种新型的电流控制型芯片．其结构上的电压电流双环系统可以柑效提高开关电源的电压涮整率、负载峒整率、系统稳定性和瞬态响应特性。  本文以UC3842为核心，提出一种多路直流输出的光伏逆变器用开关电源的设计方法、

1         设计需求

要保证光伏逆变器向电网注入稳定、符合电能质量标准要求的电流，首先必须保证逆变器供电的可靠性和供电质量：由于采用UC3842作为控制芯片的单端反激式电源开关频率高，必须考虑噪声和电磁兼容的问题：光伏阵列输出的电压可变要求开关电源必须具备较大范罔内的适应性。因此设计中对外围电路进行了一定的改进以达到减小电压的纹波、保证电源安全稳定和适应不同电压输入的目的。

本文所设汁的开关电源为10～100kW级光伏逆变器供电，包括3路独立的15 V 直流电压，为二相逆变器的E桥臂驱动供电；2路共地的15 V直流电压，分别为F驱动桥臂和逆变器过压过热保护电路供电：2路分别为±15 v的共地直流电压，为逆变器的电流传感器供电；2路24V的独立直流电压，为控制部分供电  直流输入电门、的变化范围在200～500 V之间．如图l所示。

2         UC3842内部原理

UC3842有直捕式和表贴式2种封装其内部原理如罔2所示。主要包括5 V基准电压源、高频振荡器、误差放大器、过流检测电压比较器、PWM锁存器、输入欠压锁定电路。

　　图2中1脚为误差放大器输出．外接阻容元件与反向输入端接成PI补偿网络，用于补偿误差放大器的频率特性，2脚为反馈电压输入端。将分压后的反馈rb压加到误差放大器的反相输人端再与同相输入端的基准电压进行比较．产生误差电压3脚通过外接取样电阻检测丌关管的电流，控制PWM锁存器调整输出电压大小，并构成过流保护电路当输入超过lv时闭锁输出脉冲。4脚内接振荡器．外接Rc振荡元件决定振荡频率．定时电阻R在4脚和8脚之间．定时电容C接在4脚和地之问．振荡频率，=1 72／(RC)．其振荡频率****可达500kHz 5脚为控制电路与电源的接地引脚，6脚为驱动脉冲的推挽式输出端．呈图腾柱式输出，驱动电流的平均值可达200111A．可直接驱动MoSFET的栅极。7脚为外接供电电源的输入端C3842的开启和关断电压分别为16 v和lOv．其内部有有34v的稳压管．并经内部基准电压电路的作用产生5 V基准电压作为内部电源．再经衰减得到2 5V屯作为内部比较器的基准电压。8脚为+5 v参考电压输出端，可川J‘向RC振荡电路提供充电电流一UC3842在正常：作时通常将反馈绕组电乐经电阻分压得到的信号通过误差放大器的反同输入端与内部2．5 V基准电爪进行比较．得到的误差电爪·方面与反向输人端接成PI补偿网络．另一方面与电流采样电压进行比较．得到电压电流舣环控制PWM序列的占空比．达到电路稳定的目的。

　　3开关电源的设计

所谓单端反激式开关电源．就是在开关管导通时，高频变压器原边流过电流．将电能变为磁能储存，而在开天管截止时．高频变压器就将原先储存的磁能变为电能，在副边输出电能向负载供电。它具有断续和连续2种工作模式。开关电源的硬件设计如图3所示，它主要山直流输入滤波电路、脉宽调制电路、反馈回路、过流保护、输出侧的整流滤波以及u(B842的外围振荡和误差补偿电路组成。当输入的直流电压发生变化时，UC3842能够通过电H{反馈∞【路调节脉宽的占空比，使得变压器副边的li流电压保持稳定．．3.1输入滤波电路商流输入从逆变器的直流母排取电，L1、L2、C1和C的功能是滤除高频分量，获得稳定的直流输八申压．保证良好的电磁兼容性。熔断器F，起到过流保护的作用，电路中设计了一个发光LED 用以指不直流输入。

　　3．2启动电路系统的启动过程如下：直流电压逐渐增大，并通过R，向电容C4,C5充电，当电容上的电压达到UC38a2的启动电压16 v时，UC3842开始工作。引脚6输出脉宽调制信号控制MOSFEt、执行高频的开关动作．从而使得变厂卡器不停地充放电并将电磁能量传递到副边，此后反馈绕组的交流输出经过VD2和v整流滤波后接替启动过程中的直流电压为UC3842供电。在启动前后，UC3842消耗的电流分别为1 mA以内和15 mA，据此可以确定R2的取值，一般R由多个电阻并联，并联数量根据功率计算。

　　为了保持稳定的电压，c5的取值应尽量大

3.3电压反馈电路为了保证输出直流电压的稳定性，取高频变压器的．个削边绕组作为电压反馈回路。开天电源正常t作时，变压器反馈绕组的输出经过Vm和Vm整流滤波后一厅面为UC3842供电，另一方面经过R；和可涮电阻R10的分压作为电压反馈输入UC3842内部误差放大器的反向输入端，此处设置另一个LED朋以指示反馈。此外，UC3842的引脚1和引脚2之间外接Rc并联电路形成PI补偿，用以改善其闭环和频率特性。当输出电压增大时，引脚2的输入增加．UC3842据此调节输出脉宽的占空比以保证输tPi电压保持稳定，R10设计为可调电阻，可以在调试时调节各路直流电压的输出大小同时，由图3可知．R2、Rd、R10的配合还可以决定系统的启动电压。

　　3.4振荡电路振荡电路由R11、C11和C12组成，用引脚8的基准参考电压输出，使得R11和C12形成振荡电路，c11起旁路滤波的作用，振荡的锯齿波形接人引脚4决定其电源的开关频率。开关频率过大则增加开关管损耗和发热．开关频率太小不利于发挥高频变压器体积小的特性．输出直流脉动大，取R11=20 kΩ，C12=2.2 nF，振荡频率f=1.72x103／(20x2.2)=40(kHz)。

　　3.5电流检测与保护电路电流检测电路用于检测开关管流过的电流，通过电流取样电阻R14将电流信号转为电压信号，通过R13和C13滤除尖峰后接人引脚3，形成电流反馈环节并参与调节脉冲序列的输出．当检测到R14上的Eg压超过1 v时UC3842过流保护功能肩动，不冉输m脉冲．起到保护作用。 C13可以用2～3个小电容升联进．步减小噪声。

　　3.6缓冲吸收电路由于杂敞参数的存在，MOSFET在开通和关断的过程中会产生尖峰，不仅威胁开关管的安全1作，i77~_影响系统的稳定性，专门针x,?ffY~；t2计了并联的RC吸收电路，由vd4、R9、C10组成，同时对于单端反激式电源的高频变尿器原边绕组，也设计，v。、R 3,巴组成的吸收电路起到保护作用。

　　3.7驱动电路由于UC3842具备直接驱动MOSFET的能力，驱动电路比较简单，直接在引脚6的输出外接驱动电阻R。驱动栅极，R。：的作用在于限制峰值驱动电流3 8输出整流滤波电路…’

　　厅关电源共有9路独立的直流输出，每路输出都县南二极管整流加电容滤波组成，相邻的2个滤波电容分别用以整流滤波和滤除更高频的纹波。由于驱动开关管和逆变器保护电路的电源刈电能质_鼋=要求Ⅶ对较低，且逆变器开关动作容易对开关电源产生十扰．故前5路输m使用n型滤波，其中第2级电容主要用于抵抗负载的不利影响2路24V输出采用了2个二极管并联整流以减少纹波。±15 V输出用于为传感器供电，列电能质量要求****，因此额外增加了 LM7815稳压芯片进一步保证输出电压稳定。

　　C49、C50和C51为共模滤波电容，可以有效地滤除部分高频纹波分量，改善电能质量”，但对光伏逆变器的IGBT驱动进行供电时．会加大IGBT升关动作对电源的不利影响．所以前5路常规15 V输出不设置共模滤波电容。

　　3．9高频变压器设计高频变压器采用E133磁芯，根据文献[14 15]

的步骤．依次初定工作占空比、磁通密度，计算原副边绕组匝数，确定气隙大小，校验。变压器的主要参数如表1所示、

4样机试验结果

对本文设计的开关电源进行了向光伏逆变器正常供电的试验测试，达到了设汁要求。图4、5是升关电源振荡电路M、驱动脉冲‰和流过MOSFET的电流k，波形，其中电流波形是通过测量流过MOSFET的电流经过一个0.8Ω的采样电阻(即R14)得到的电压波形米获得、在直流输入为350 V时各路直流输冉电压的纹波值如下前5路常规15V输出电压纹波值分别为2l0、200、200、190和190 mv，2路±15V输出电压纹波值均为120mV．2路24V输出电压纹波值均为130 mv．其大小代表了开关电源输出的电能质量由图4和图5可见．在RC振荡作为时钟信号下．控制芯片正常发出脉冲触发系统工作。流过主电路的电流尖峰得到了一定的抑制．采用该设计得到的直流输出电压纹波达到r使用要求．但是仍有提升的空间。比较几路输出的电压纹波值可知．采用稳压芯片和共模滤波电容起到了改善输出电能质最的作用。

5结论

本义详细介绍了一种适川于光伏逆变器的丌关电源硬件构成电路及其改进结构．通过试验验证可知，所设计的单端反激式丌关电源充分运用了llC3842完备的功能．可以长期稳定地在不同直流输人时保证为逆变器稳定供电．其设计办法具有较强的通用性