带后备电池的多路隔离输出开关电源

阻将流过原边绕组及MOSFET的电流转换成电压值传至UC3844。只要电流超过设定值，UC3844将关断MOSFET。改变电阻阻值的大小可改变过流保护的最大电流值。由TL431及光耦组成的反馈电路取样主输出电路的电压值，产生相应的通断信号反馈至UC3844，从而调节MOSFET驱动信号的占空比，进而保持主输出电压的稳定。主回路以外对电压精度要求不高的其他输出绕组可直接输出，如图2中的V3和V4，且这两路输出可同时输出正负电压，以满足大功率开关器件的驱动要求。如果对输出电压有精度要求，则可采用图中V1和V2方式，在输出端串联78系列三端稳压芯片。图2只是一个示意图，在实际使用时，可根据负载电路的需求增加或减少输出电压的数量及改变其电压参数。


3 升压电路[２]及充电/控制器


升压电路把辅助电源或蓄电池的低电压转换为约110 V的直流电压，主电路拓扑结构为推挽式，主控芯片为TL494。TL494可输出带死区的两路互补的PWM信号，因此很适合驱动两个MOSFET[３]。MOSFET选择IRF3205，其导通阻抗为8 mΩ，耐压55 V，可流过的最大电流为110 A。整个电路的工作原理是：TL494产生PWM信号驱动MOSFET，两个MOSFET工作于高频开关状态，这样变压器的两个原边绕组就产生了高频脉动信号，在副边产生相应的高频电压，副边输出电压与输入电压和匝数比有关。输出侧的高频电压经过二极管整流，电容滤波后变成所需的直流电压，同时输出侧直流电压经稳压管及光耦反馈至输入端，以保持输出侧电压的稳定[４]。电路原理图如图3所示。

充电/控制器采用ATMEGA8作为其MCU[5]，该单片机内部资源丰富，有ADC、PWM等模块，因此无需外部扩展即可实现相对复杂的电路控制。在本系统中，控制电路主要实现对铅酸蓄电池的充电、浮充、市电状态检测以及蓄电池与升压电路的通断等功能。市电正常时，辅助电源对控制电路供电；市电发生故障中断时，蓄电池为其供电。


4 实验结果


整个系统中，升压电路是连接备用电池与多路隔离输出开关电源的核心部件。升压电路主电路为推挽式电路。驱动信号频率约50 kHz，幅值约5 V，互补的一对驱动信号加于原边的两只MOSFET，使两个MOSFET互补通断，且两信号间附加一个死区，以防止两个MOSFET直接导通而发生短路。这种驱动方式可使高频变压器的工作更加稳定，防止变压器磁通饱和。

升压电路的输出波形如图4所示。升压电路变压器的输出为频率约50 kHz的高频方波交流电压，其幅值约110 V，随着蓄电池的电压变化，输出幅值略有变化，但有反馈的存在，变化范围很小。由于此时输出的电压为方波交流电压，且频率很高，所以不能直接接入多路隔离输出开关电源的输入端。为了能够将升压电路的输出电压安全地与多路隔离输出开关电源的输入端相连，必须对其进行整流滤波，以直流电压形式接入。由于交流电压频率很高，因此需选择频率特性良好的二极，本系统中选择反向恢复时间很短的FR107作为整流管。升压电路输出经整流、滤波后的电压为幅值约110 V的直流电。

图5所示为市电掉电时,多路隔离输出开关电源加入后备电池前后输出电压情况。

在不接入后备电池与升压电路的情况下，当市电断电时，多路隔离输出开关电源输出其中的一路(15 V)，电压开始下降，但不会立即降为零，这是由于输出侧的电容中储存了一定电能。经过约0.25 s电压已降至10 V，如果此时开关电源对外接有负载，很可能导致负载中的大功率器件驱动电路发生紊乱，导致严重事故。经过约1 s的时间，输出电压已降至0 V。如果要使多路隔离输出开关电源不间断输出，必须增加后备电源。接入后备电池与升压电路后，在黑色箭头所示时刻市电突然掉电，多路隔离输出开关电源输出中的一路（15 V）输出波形。由于输出侧滤波电容的储能作用，所以在市电掉电时，多路隔离输出开关电源的输出不受任何影响。
本文将蓄电池结合升压电路作为多路隔离输出开关电源的后备电源，在市电发生故障掉电时，后备电源接入系统工作，保证多路隔离输出开关电源输出的稳定。结果表明，整个系统工作可靠，不足之处在于后备电源会消耗一部分电能，降低整个系统的效率。