电压电路开关电源基于UC3846的新型开关电源的设计_我的网站

电压电路开关电源基于UC3846的新型开关电源的设计

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引言

近年来,随着航空、航天和计算机事业的发展,对电源在体积、重量和效率等方面提出了越来越高的要求。开关电源就是在这种情况下发展起来的一种小型电源。它具有体积小、重量轻、频率高、成本低、效率高等一系列优点。同时,由于它的线路简单,可靠性高,而被广泛地应用于航空、航天和电子计算机等方面。本文设计了一个由UC3846产生PWM进行脉宽调制的移相全桥开关电源。

1 开关电源主电路的设计

在主电路中采用了移相全桥软开关电路,如图1所示。

在此电路中,输入为AC220V电压,经过二极管整流桥把交流电变成直流电,为了消除此直流电压的脉动,在设计时采用了π型滤波电路。后接一个移相全桥软开关电路,使功率管实现零电压零电流开通和关断,将电路在工作时的功率损耗减至最小。输出为±23V/15A和±200V/0.8A,总功率P=2×23×15+2×200×0.8=1010W,因此,也可以称此开关电源为大功率开关电源。

变压器的设计是该电源的一个关键部分,而常规设计采用一大堆繁杂的公式进行推导,运算量较大,难免造成结果错误。鉴于此,本文采用图表的方法对原、副边进行设计,并考虑开关管导通压降等实际情况进行适当微调。该变压器的具体设计如下。


式中:n1,n2为一、二次绕组的股数;
dp,dz为一、二次绕组的线径;
S0K0为磁芯窗口使用面积;
Np,Nz为一、二次绕组的匝数。

U1为输入直流电压;
U1r为整流管压降;
U1T为每匝电压值;
D为占空比,本设计D为0.6。

变压器的工作频率选100kHz,绕组的线径可以选为0.5mm。根据计算,变压器磁芯选EI-50型铁氧体磁芯,查电子变压器手册可知窗口使用面积为48.97mm2,每匝电压值为8.044V/匝。由此可得原边匝数为29匝,副边分别为6匝和45匝,经过实际的调试,最终确定为原边29匝,副边分别为5匝和44匝。在这种情况下,该开关电源运行良好。

应用全桥电路,要特别注意上下两个功率管的直通问题,如果出现直通,功率管将烧毁,甚至整个电源全部毁掉。在这个开关电源中,我们采用了UC3846产生脉宽调制信号,用IR2110来驱动功率管,很好地避免了这个问题的发生。

2 PWM产生电路

由于UC3846能同时产生两路PWM的输出,用一块UC3846就可以来驱动两块IR2110,这给设计带来了很大的方便,这样也可以满足体积小的要求。UC3846的引脚及PWM产生电路如图2所示。

图2中,UC3846的引脚13和15接40V电源,它所产生的PWM的频率用式(1)计算。



UC3846产生的PWM信号由引脚11和14输出来控制IR2110,由2块IR2110来产生4个功率管的驱动信号。

3 驱动电路的设计

IR2110采用14端DIP封装,引出端排列如图3所示。

它的各引脚功能如下:

脚1(LO)是低端通道输出;
脚2(COM)是公共端;
脚3(Vss)是低端固定电源电压;
脚5(Us)是高端浮置电源偏移电压;
脚6(UB)是高端浮置电源电压;

脚7(HO)是高端输出;
脚9(VDD)是逻辑电路电源电压;
脚10(HIN)、脚11(SD)、脚12(LIN)均是逻辑输入;
脚13(Vss)是逻辑电路地电位端外加电源电压,其值可以为0V;
脚4、脚8、脚14均为空端。

它的功能原理图如图4所示。

IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS工艺制作,具有独立的高端和低端输出通道;逻辑输入与标准的CMOS输出兼容;浮置电源采用自举电路,其工作电压可达500V,du/dt=±50V/ns,在15V下的静态功耗仅有1.6mW;输出的栅极驱动电压范围为10~20V,逻辑电源电压范围为5~15V,逻辑电源地电压偏移范围为-5V~+5V。IR2110采用CMOS施密特触发输入,两路具有滞后欠压锁定。推挽式驱动输出峰值电流≥2A,负载为1000pF时,开关时间典型值为25ns。两路匹配传输导通延时为120ns,关断延时为94ns。IR2110的脚10可以承受2A的反向电流。

图5给出了IR2110在本设计中驱动全桥电路功率管的电路。IR2110的开通与关断传输延迟时间是接近匹配的(失配时间不大于10ns),开通传输延迟时间比关断传输延迟时间长25ns,这就保证了功率管在工作时不会发生重叠导通,为了更加安全起见,可在功率管的栅极上加一电阻与二极管网络(如图5中所示),这些电阻、二极管网络可进一步延迟功率管的导通而对其关断没有影响,这就相当于增加了死区时间。

4 结语

目前,该开关电源已投入使用,经过长时间运行,具有非常可靠的性能。实践证明,开关电源具备体积小、重量轻、效率高等优点,在未来的应用中,开关电源必将占据主导地位。


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