隨著多電飛機和全電飛機成為現(xiàn)代飛機的發(fā)展趨勢，同時由于現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源在航空領(lǐng)域得到了廣泛的應用。根據(jù)某型飛機對直流電源的實際需求，本文設計了一種直流電源變換器。該變換器主要是將飛機發(fā)電機輸出的三相交流電變換成直流電源，供飛機上某些直流負載使用。飛機發(fā)電機發(fā)出的三相交流電經(jīng)整流、濾波后，輸入到DC/DC模塊，利用電流型脈寬調(diào)制器UC3842，完成穩(wěn)定直流輸出，同時結(jié)合UC3842的特點還設計了過流、過壓和欠壓等保護功能。

UC3842是美國Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈沖寬度調(diào)制器。電流型控制即在脈寬比較器的輸入端直接感應到的輸出電感電流與誤差放大器輸出信號進行比較，來控制輸出脈沖的占空比，使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化。UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，采用單端輸出方式，可直接驅(qū)動雙極性晶體管和MOSFET管，具有引腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝與調(diào)試簡便、性能優(yōu)良以及價格低廉等優(yōu)點，具有輸入和參考欠壓鎖定、逐相電流限制等保護特性。應用中UC3842采用的是8腳雙列直插塑料封裝，其內(nèi)部主要由5.0V基準電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)整的振蕩器、衰減器、過流檢測比較器、PWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅(qū)動功率MOSFET管的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖如圖1所示。

圖1 UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖

如圖1中，芯片的1端為COMP端，該管腳為芯片內(nèi)部誤差放大器的輸出端，該腳外接RC網(wǎng)絡可用于環(huán)路補償，用以改善誤差放大器的閉環(huán)增益和頻率特性；2腳為VFB，是電壓反饋腳，它是誤差放大器的反相輸入端，與芯片內(nèi)部2.5V的基準電壓進行比較作為誤差放大器的輸出；3腳是CURRENTSENSE，為電流測定端，用于取樣電流，當外端串接的取樣電阻上的電壓大于1V時，UC3842將停止輸出觸發(fā)脈沖，使開關(guān)管截止，從而保護開關(guān)管不至于因過流而損壞，因此可以用于設計過流保護；4腳為RT/CT端，CT由8腳輸出的5V參考電壓通過RT充電，再由一個內(nèi)部電流放電，從而產(chǎn)生振蕩，振蕩器頻率f可由下式計算：f=1.8/（RT×CT）kHz，式中：RT的單位為kΩ，CT單位為μF；5腳為GROUND，為控制電路和電源的公共地；6腳為OUTPUT端，是推挽輸出端，該輸出端用來驅(qū)動開關(guān)管的門極，控制開關(guān)管的關(guān)斷；7腳是VCC，提供芯片工作的電源，芯片可以工作在8~40V，另外UC3842還具有輸入電壓欠壓鎖定門限，分別為16V（通）和10V（斷）；8腳是VREF，為參考輸出端，向外提供基準電壓5V，帶載能力為50mA，它通過定時電阻RT向定時電容提供充電電流。

在實際設計中電源變換器可以劃分為三個部分，即輔助電源單元、PWM控制單元和DC/DC變換單元。輔助電源為一個由小功率DC/DC隔離變壓器和UC3842組成的單端反激式開關(guān)電源，它負責向PWM控制電路提供一個穩(wěn)定的15V直流工作電壓。PWM控制電路也由UC3842組成，通過反饋電源電流信號供PWM控制器進行控制及過流保護，同時采樣輸出電壓，進行分壓、比較，并將信號反饋給PWM控制器，使PWM控制器產(chǎn)生相應的導通與關(guān)斷占空比變化的PWM信號來控制斬波開關(guān)管的導通與截止，而使輸出電壓穩(wěn)定，同時可完成輸出電壓的欠壓和過壓保護功能。

輔助電源是一個由UC3842組成的單端反激式開關(guān)電源，電路如圖2所示。

圖2 輔助電源單元電路圖

根據(jù)楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產(chǎn)生下正上負的感生電動勢，此時副邊各路二極管導通，向外提供能量。如圖2，輸出15V的直流，作為后級控制芯片的正常工作電壓。同時反饋輸出電壓，利用TL431進行過壓保護。TL431是三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，通過兩個外部電阻可從Vref編程至36V。其典型應用電路如圖3所示。在圖中，Vout=（1+R1/R2）&TImes;Vref。

圖3 TL431典型應用電路

由于TL431的基準電壓Vref為2.5V，根據(jù)圖3中R13、R14配置，可將其輸出基準電壓編程至15V，這樣當變壓器N3線圈輸出電壓大于15V時光耦U2導通，則變壓器N2線圈的輸出向UC3842的2腳提供反饋電壓，使2腳的電壓升高，內(nèi)部保護電路起動，使6腳輸出脈沖高電平時間變短或不輸出高電平使開關(guān)管截止，從而減小輸出電壓。電路中R2、C2和D2構(gòu)成了吸收電路，用于消除變壓器漏感產(chǎn)生的反峰電壓，從而保護開關(guān)管不被燒毀。

PWM控制電路如圖4所示，該模塊主要完成向控制DC/DC變換的場效應管提供PWM信號。當剛啟動時而前級電路輸出的電壓達到UC3842的開通門限電壓16V時，UC3842開始工作，通過6腳輸出控制PWM脈沖波驅(qū)動MOSFET管的開通與關(guān)斷，電路的輸出端采用了圖騰柱式輸出，從而達到直流斬波的作用。為了得到穩(wěn)定的直流電源，與前級電路相似，采用了對輸出電壓進行反饋采集，通過TL431實現(xiàn)對輸出電壓過壓的控制。配置電路中的R9、R10、R12，使基準電壓編程至過壓點32V，當輸出電壓大于32V時，光耦導通，這樣1腳的補償信號將接到反饋輸入的2腳，形成環(huán)路補償，這樣6腳輸出的脈沖高電平時間變短，減小斬波的占空比，從而減小輸出電壓。另外，電路還設計了輸入過流保護，這是利用UC3842的3腳完成的。電源電流經(jīng)電流互感器（CT）通過一定的變比成為取樣電流，經(jīng)過取樣電阻R3后輸入到3腳，當取樣電阻上的電壓大于1V時，UC3842將停止輸出觸發(fā)脈沖，使開關(guān)管截止，從而保護開關(guān)管，這樣就達到了過流保護的功能。電路中，4腳的輸出端接了一個三極管，這是用來進行斜率補償?shù)?，被緩存的振蕩器斜升可以與電壓反饋或電流取樣輸入阻性相加，以提供斜率補償。

圖4 PWM控制單元電路圖

在電源變換器的設計中，由UC3842組成的反激式開關(guān)電源是整個變換器的關(guān)鍵部分，核心部分為PWM控制單元。利用現(xiàn)有的飛機發(fā)電機輸出電壓作為開關(guān)電源的輸入，得到PWM控制單元的直流工作電壓，同時利用UC3842良好的控制特性實現(xiàn)對場效應管通斷的控制，另外結(jié)合其工作特性，設計了過流、過壓等保護電路，保證了電源變換器的正常工作。