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UC3846的大功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)
分類:電源瀏覽量:244 TAG:

本文介紹和比較了電壓型PWM控制器和電流型PWM控制器的優(yōu)缺點(diǎn),著重論述了電流型控制芯片UC3846在大功率全橋開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用,并對(duì)電路進(jìn)行具體的分析。


2、電壓型和電流型PWM控制器


2.1、電壓型PWM控制器


目前應(yīng)用廣泛的PWM控制器都是采用電壓模式控制的,它只對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣,采樣信號(hào)Vf作為反饋信號(hào)與基準(zhǔn)電壓vr在誤差放大器中進(jìn)行比較放大,得到誤差信號(hào)Ve,ve和鋸齒波信號(hào)比較后通過(guò)PWM比較器輸出一系列高頻脈沖來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止,它的主要缺點(diǎn)是:響應(yīng)速度慢,穩(wěn)定性差,甚至在大信號(hào)變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生振蕩,造成功率管損壞等故障。

圖1  電壓控制型的原理圖


2.2、電流型PWM控制器


針對(duì)上述電壓型控制器的缺點(diǎn),最近十幾年發(fā)展起來(lái)電流型控制技術(shù)。圖2所示的是電流控制型的原理圖,它的工作原理是通過(guò)采用恒頻時(shí)鐘脈沖置位鎖存器輸出脈沖驅(qū)動(dòng)功率管導(dǎo)通,電源回路中的電流脈沖逐漸增大,當(dāng)電流在采樣電阻Rs上的幅度達(dá)到Ue時(shí),脈寬比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn),鎖存器復(fù)位,驅(qū)動(dòng)撤除,功率管截止。這樣逐個(gè)檢測(cè)和調(diào)節(jié)電流脈沖,就可達(dá)到控制電源輸出的目的。電流控制型是在電壓反饋PWM控制環(huán)內(nèi)部增加電流反饋的控制環(huán)節(jié),由于存在電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)使得變換器的線電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率以及瞬態(tài)響應(yīng)特性都有比較大的提高。但需要注意的是峰值電流控制型電路當(dāng)電路占空比大于50%時(shí),需要加入斜率補(bǔ)償電路。


3、脈寬調(diào)制芯片U03846的簡(jiǎn)介


UC3846最早是由unitrode公司推出的電流脈寬調(diào)制芯片,該芯片采用大電流圖騰柱式雙端輸出,輸出峰值電流可達(dá)500mA,能直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管,內(nèi)置精密帶隙可調(diào)基準(zhǔn)電壓、高頻振蕩器、誤差放大器、差動(dòng)電流檢測(cè)放大器、欠電壓鎖定電路以及軟啟動(dòng)電路,具有自動(dòng)關(guān)斷功能。其主要優(yōu)點(diǎn)是功能齊全、自動(dòng)前饋補(bǔ)償、欠壓保護(hù)、終端鎖機(jī)保護(hù),較好的負(fù)載響應(yīng)特性。外圍控制電路簡(jiǎn)單,工作頻率高達(dá)500KHZ。最高輸入電壓為40V,基準(zhǔn)電壓輸出典型值為5.1V,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。



4、UC3846芯片的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)與具體分析


4.1、主電路的設(shè)計(jì)


G1,G2,G3,G4,和主變壓器T1組成全橋式拓?fù)潆娐?,這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是主變壓器只需要一個(gè)原邊繞組,通過(guò)正反向的電壓得到正、反向磁通,副邊有兩組中心抽頭繞組采用全波整流輸出,變壓器的利用效率很高。缺點(diǎn)是需要設(shè)置一定的死區(qū)時(shí)間,防止上下兩管直通。主變壓器T1采用E55磁芯,材質(zhì)為PC40,原邊繞組匝數(shù)為25匝,副邊繞組匝數(shù)為3匝,變壓器不留氣隙,在繞制的時(shí)候采用“三明治”繞法即“初級(jí)+次級(jí)+初級(jí)”的繞法進(jìn)行繞制,采用這種繞法可以減少變壓器的漏感,由于次級(jí)輸出電流較大,故次級(jí)采用四組多股線圈并繞3匝而成。Rl,C1為吸收電路場(chǎng)效應(yīng)管采用低柵荷的IRFP460LC開(kāi)關(guān)管,LT為初級(jí)電流檢測(cè)用的電流互感器,作為電流控制時(shí)的電流取樣用。


4.2、PWM控制電路


由UC3846構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源控制電路,UC3846的8腳和9腳所接的ct和Rt決定振蕩器的工作頻率,PWM振蕩頻率近似計(jì)算公式。


由TL431和光耦PC8l7以及外圍電路組成簡(jiǎn)單可靠的電壓反饋外環(huán)電路,并將反饋信號(hào)送至6腳。電流互感器LT將獲得電流反饋內(nèi)環(huán)信號(hào)經(jīng)R13,C8組成的濾波器濾除電流前沿尖峰后送入4腳,放大3倍后和電壓誤差信號(hào)進(jìn)行比較。在引腳6腳和7腳之問(wèn)接入阻容R5,C3構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器,用于補(bǔ)償閉環(huán)增益和進(jìn)行頻響調(diào)節(jié),R15,C1組成斜坡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作,引腳1外接軟啟動(dòng)電容c2,當(dāng)引腳1上的電壓低于0.5V時(shí),UC3846的兩個(gè)輸出端將沒(méi)有輸出,通過(guò)對(duì)電容c2的充電可以很簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)電路軟啟動(dòng)功能,引腳l6腳外接保護(hù)電路,當(dāng)16腳電位上升到O.35V,電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài),封鎖輸出脈沖??刂齐娐返碾娫从奢o助電源電路提供。


4.3、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)


由于驅(qū)動(dòng)電路的浮地電位與被驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)管源極電位不同,需要采用電位隔離的方式驅(qū)動(dòng),本文采用IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)器,它的浮置電源采用自舉升壓電路,能夠很好的實(shí)現(xiàn)控制電路主電路的互相隔離,同時(shí)具有體積小、速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。全橋電路有兩對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管,因此需要兩塊IR2i10構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路,由IR2110構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路。


C1,c2為自舉升壓電容,VCC經(jīng)D1,C1和G3給C1充電,實(shí)現(xiàn)G3關(guān)閉,G1導(dǎo)通時(shí),G1的柵極上有足夠的儲(chǔ)能來(lái)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于自舉電容的選擇,一般用一個(gè)大電容和一個(gè)小電容并聯(lián)使用,小電容的作用是吸收毛刺干擾電壓,驅(qū)動(dòng)大容量的MOS管,上管的驅(qū)動(dòng)波形峰頂如果出現(xiàn)下降的現(xiàn)象則要選取容量大一點(diǎn)的電容,電路中還增加了穩(wěn)壓二極管v5,V6避免VB過(guò)電壓損壞IR2110。


5、實(shí)驗(yàn)與結(jié)論


按照以上分析和計(jì)算設(shè)計(jì)了一款全橋型開(kāi)關(guān)電源樣機(jī),其設(shè)定輸出電壓為+24V,額定輸出電流40A,測(cè)試結(jié)果表明,電壓調(diào)整率和輸出電壓紋波均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),滿足了設(shè)計(jì)要求。

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