3.2 高频变压器设计

    高频变压器的磁芯选用软磁铁氧体，磁通密度通常选用Bm=0.2T。变压器原端输入电压Ui=125V，工作占空比为0.25。副端最大输出电压为1000V，预燃电压为250V，预燃维持电流I=0.1A。原副端的匝数比为n=N1/N2=125/1000=1/8。铁心有效面积S为2cm2，根据公式(1)
              (1)

    计算得：；N2=176。

    取变压器的绕组电流密度j=3A/mm2；输出功率P0=U0I0=250×0.1=25W；输入功率为Pi=P0/0.9=28W；原端工作电流；所需的绕组导线截面积为=0.3mm2。

    原端电流较大，如果选择单股绕线则有效面积直径D=0.62mm，线径较大，趋肤效应严重，因此采用多股导线并绕。原端采用5股并绕，每股导线的截面积S=0.3/5=0.06mm2，每股的线径D=0.28mm。副端采用单股绕制，所需的导线电流截面积为S=0.1/3mm2，线径D=0.22mm。

    3.3 输出滤波器

    变压器副端整流桥的最高电压为1000V。二极管耐压应大于1000V，选择36MB160A。整流电路中的电容一般采用电解电容，起到平滑滤波，减少直流电压中的交流成分。如果选择的滤波电容太小，滤波后的直流电压脉动会较大，为了得到所要求的输出电压，需要较大的占空比调节范围和过高的闭环增益，滤波后的直流电压最小值也比较小，要求高频变压器原副边匝比变大，并使开关管中的电流增加，输出整流二极管的反向电压增加；如果选择的滤波电容太大，充电电流脉冲宽度变窄，幅值增大，导致EMI增加。由于高频变压器的输出电压纹波频率较高，可以选择较小的滤波电容值。电阻R3和电容C3串联构成吸收电路，电感L1和电容C4起滤波作用。经计算，R3=4.7kΩ/2W，C3 =1000pF/3kV，C4=0.01μF/3kV，L1 =2mH。

    3.4 高压起辉电路

    脉冲氙灯通过高压起辉电路提供的高压击穿气体，使氙灯内气体击穿。常闭触点继电器S闭合时，稳压管D10被短路，电容C6充电至600V，充电完毕后继电器S断开，稳压管D10给电容C5 充电，直至双向触发管D11导通，从而可控硅VT1导通，电容C6和耦合电感L3发生串联谐振，使耦合电感L4两端产生高的起辉电压，脉冲氙灯内气体被击穿。

    D10的稳压值为50V。双向触发二极管D11的触发电压为35V。电阻R7=510Ω和R8=4.7kΩ串联分压。R5起分压作用。电阻R9限制电容C6的充电电流。C6的耐压值应大于1kV，取C6=1μF/1200V。电阻R6=3.6kΩ、R10=22MΩ为电容的放电电阻。L2为限流电感，取值1μH。L3=48μH，L4=6.5mH。二极管D12、D13提供谐振回路。

    3.5 控制电路设计

    控制芯片UC3825的集成度很高，电路设计主要针对外围电路参数进行。外围电路包括电压误差比较补偿网络、振荡输入、限流保护、输出尖峰电压吸收电路。UC3825采用峰值电流控制模式，电压误差反馈作为电流峰值的给定，与采样电流进行比较，生成PWM驱动信号。

    控制电路如图4所示。此电路按照最大输出占空比设计，因此，芯片的同相输入端2通过限流电阻R11连接参考电压输出引脚16，反相输入端1则连接地。引脚5的时基电阻R14和引脚6的时基电容C12决定输出信号的频率f和最大占空比DMAX。输出引脚11和14分别输出有死区时间互补的PWM驱动信号。限流电阻R17=R18=100Ω，电阻R19=1kΩ，稳压二极管D18为18V，构成尖峰电压吸收电路。

 
图4 控制电路

    (1) 振荡参数选择

    UC3825的振荡器是锯齿波形，由RT管脚连接的电阻值和CT管脚连接的电容值确定的电流大小决定输出锯齿波的上升沿时间。锯齿波的下降沿时间决定输出死区时间[7]。最大输出占空比DMAX由R14的值确定，根据PWM的输出频率f=50kHz和最大占空比DMAX=0.92来计算C12的值。由公式计算得：
   
 
    (2) 限流保护设计

    限流保护信号采样于主回路功率开关器件Q1、Q2上的瞬时电流，稳压二极管D20为3.6V，采样电阻R21=0.5Ω/2W上的电压对电容C16和C17充电。当充电电压大于内部限流电压1V时，芯片UC3825降低PWM脉冲的占空比限制主回路的电流峰值；当充电电压大于内部保护电压1.2V时，芯片UC3825关断PWM脉冲输出，器件自锁。限流电阻R16=1kΩ，C16=1000pF，C17=330pF。

    3.6 预燃检测电路

    围绕电压比较器LM311构成的检测电路如图5所示。预燃之前，预燃反馈电压uf近于0 V；预燃之后，预燃反馈电压uf大于0.2V。基准参考电压uref为5.1V，通过电阻R23和R24的分压得到0.2V，取R23=24kΩ，R24 = 1kΩ。电阻R22=47kΩ与电容C19=1μF构成低通滤波器。电容C20滤除因布线和器件放置等原因引起的干扰。

    电压比较器的输出端接入上拉电阻R26=10kΩ，当电压uf小于电压0.2V，脉冲氙灯未预燃，比较器输出为低电平，同时常闭继电器S断开；当电压uf大于电压0.2V，预燃成功，比较器输出为高电平，同时继电器S闭合。R27=4.7kΩ起限流作用，电容C21=0.1μF为电源滤波电容。

 
图5 预燃检测电路