基于UC3846的新型开关电源的设计

liuxw64391381

电源主电路的设计
; K! ]" U: C, m4 y) f& O$ f$ j. ^
* X. V/ q. {  G6 u　　在主电路中采用了移相全桥软开关电路，如图1所示。
4 [, [7 f! O: X2 u( g, thttp://zhuanti.rongsheng.net/UploadFiles_4662/200609/200691410426957.jpgic(600,400) name=img border=0>
: W4 f% j1 T( q4 I) @% D7 Y) w    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</A >。
( o; j; Q3 s! z) I+ A) e3 ^- i/ m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。
　　
% j% Q, {6 d& d/ Z) ohttp://zhuanti.rongsheng.net/UploadFiles_4662/200609/200691410427400.jpgic(600,400) name=img border=0>
　　式中：n1，n2为一、二次绕组的股数；
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。
: V+ K; l* l, G, E
9 Y$ m( s  u# C# E- [http://zhuanti.rongsheng.net/UploadFiles_4662/200609/200691410428410.jpgic(600,400) name=img border=0>
( e; D+ ]# w0 p0 g" Q5 R; o　　
+ ]. P; p- }" ]! |& P4 j　　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。

/ D  c4 o, b3 y4 C9 E　　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。

http://zhuanti.rongsheng.net/UploadFiles_4662/200609/200691410429413.jpgic(600,400) name=img border=0>

1 T- @9 f) J, ^( D2 v& r  h& ?4 b　　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。
电路的设计

6 r1 d" N, R/ K& L　　IR2110采用14端DIP封装，引出端排列如图3所示。
; `& D" y2 ~3 Q3 S" h' O% O7 O' B
& z3 B5 f: @' N9 [5 g, g　　它的各引脚功能如下：

. S2 P- P! [  t& R$ s+ r. Y, _" N　　脚1（LO）是低端通道输出；
) s* W) f5 x& ?, _
　　脚2（COM）是公共端；
/ I% y! L3 i- R+ O. }, w
! m5 x" [2 P2 d+ a/ u　　脚3（Vss）是低端固定电源电压；

7 j. j+ S3 `7 |% M, K8 S* l　　脚5（Us）是高端浮置电源偏移电压；
/ Q9 x- b; m! l- m2 t$ d/ g
　　脚6(UB)是高端浮置电源电压；
& i; h/ `) |+ ]2 |' v+ \3 ~
http://zhuanti.rongsheng.net/UploadFiles_4662/200609/200691410429905.jpgic(600,400) name=img border=0>
　　脚7（HO）是高端输出；

  p+ q  P$ n' a8 \- e7 ^　　脚9（VDD）是逻辑电路电源电压；

- {) P2 H: L6 N0 n! m: u　　脚10（HIN）、脚11（SD）、脚12（LIN）均是逻辑输入；
1 M! y  m4 G5 ?- B2 {
! J( u* C1 u0 ^* B+ s: R( m　　脚13（Vss）是逻辑电路地电位端外加电源电压，其值可以为0V；
# C5 E6 H, b7 |; `
8 E  l+ t- F7 M/ `5 k　　脚4、脚8、脚14均为空端。
6 |; }, E9 K0 y8 n
- s8 [  s: Q  D$ C/ V( z$ P" I8 Y　　它的功能原理图如图4所示。
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。
/ [3 B/ d2 B, e: [# G9 ]1 T
　　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。
　　
http://zhuanti.rongsheng.net/UploadFiles_4662/200609/200691410430533.jpgic(600,400) name=img border=0>

% o' B) n5 L+ G- |8 C4 R" Y: v' A　　dp，dz为一、二次绕组的线径；

　　S0K0为磁芯窗口使用面积；
8 K; Y2 `9 k7 H% u4 x- f( K, |9 G! k
: F0 N2 z8 V! r6 R　　Np，Nz为一、二次绕组的匝数。

* `2 ^8 a2 f: c6 y5 [http://zhuanti.rongsheng.net/UploadFiles_4662/200609/200691410428876.jpgic(600,400) name=img border=0>
' L$ a+ V1 z1 o
　　U1为输入直流电压；

1 s4 \' ^( n6 h$ D2 k/ ]　　U1r为整流管压降；

2 Z  q9 K0 n, M; ?. G' y　　U1T为每匝电压值；

" R& k" ?1 q2 E7 C! Q" J　　D为占空比，本设计D为0.6。

8 y6 c% p% s! L7 ^! c　　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。

) j- s# \1 k0 h( Q) k　　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
8 N; O* W0 U! }$ T7 m) p% ?9 |1 p3 P