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低壓大電流開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):148
核心提示:

  1 引言
   為了以更低的功耗獲得更高的速度和更佳的性能,要求電源電壓越來越低,瞬態(tài)性能指標(biāo)越來越高,因此對(duì)開關(guān)電源提出了越來越高的要求。用原有的電路拓?fù)浼罢鞣绞揭巡荒軡M足現(xiàn)在的要求,為了適應(yīng)IC芯片發(fā)展的需要,人們開始研究新的電路拓?fù)洹R驗(yàn)檩敵鲭妷汉艿停裕秸髯匀怀蔀檫@種低壓大電流電源的必然選擇,考濾到產(chǎn)品的復(fù)雜程度及產(chǎn)品可靠性,同步整流一般選擇自驅(qū)動(dòng)同步整流,能與自驅(qū)動(dòng)同步整流電路較好結(jié)合的拓?fù)浯笾掠腥N:有源箝位正激變換器;互補(bǔ)控制半橋變換器;兩級(jí)結(jié)構(gòu)變換器。與兩級(jí)結(jié)構(gòu)變換器相比,有源箝位變換器和互補(bǔ)控制半橋變換器所用器件少,更具有吸引力。這兩種變換器拓?fù)淙菀讓?shí)現(xiàn)軟開關(guān),工作頻率可以更高;變壓器的磁芯可以雙向磁化,磁芯的利用率高。針對(duì)一次整流電源輸出的-48V(36~72V)電壓,輸入電壓在較大(36~72V)的范圍內(nèi)變化時(shí),互補(bǔ)控制的半橋電路副邊所得到的驅(qū)動(dòng)電壓變化范圍太大,已不能適用來驅(qū)動(dòng)MOSFET管。因此,有源箝位自驅(qū)動(dòng)同步整流正激變換器是低壓大電流開關(guān)電源必然選擇的電路拓?fù)洹?
  2 有源箝位同步整流正激變換器的拓?fù)浞治?BR>   有源箝位同步整流正激變換器的電路拓?fù)淙鐖D1所示,DC-DC有源箝位ZVS-PWM正激變換器在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的主要參量波形如圖2。一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)大致可分為四個(gè)運(yùn)行模式,即:1)to  


  圖1 有源箝位同步整流正激式電路圖
   1 模式1 (t0   在主開關(guān)S1開通前,箝位電容上的電壓為Vc1=DVin/(1-D)(極性為下正上負(fù))。這一階段,箝位開關(guān)S2關(guān)斷,箝位電容電流ic1=0。 S1導(dǎo)通后,S1開關(guān)管的漏極電位VD=0,變壓器磁芯正向激磁,激磁電流im由第三象限的-Im向第一象限+Im過渡,iL1=im+Io/N,N為變壓器原副邊繞組匝數(shù)比N1/N2。變壓器原邊繞組電壓VP=VS,能量由輸入電源Vin經(jīng)過變壓器傳送到負(fù)載。
  2 模式2 (t1   S1斷開,S2仍關(guān)斷。磁場能量對(duì)S1輸出電容Cs充電。ip由Io/N降到零,iL1=im+ip,im≈Im;ic1<0。VD由0上升到Vin+Vc1, Cs電壓達(dá)到Vin+Vc1,S1上的電壓被箝位在這一水平;變壓器原邊繞組電壓VP從Vin變化到Vin–VD=-Vc1。Vc1=DVin/(1-D)保持不變。
  3 模式3  (t2   主開關(guān)S1關(guān)斷,S2開通前,由于VD為正,箝位開關(guān)S2隨之可以ZVS開通,箝位電路運(yùn)行。箝位電容電壓Vc1=DVin/(1-D),由于變壓器磁場能量對(duì)箝位電容儲(chǔ)能的交換過程,使該電壓有變化,Vc1=Vc1+ΔV,ΔV表示充放電過程中箝位電容電壓紋波,主開關(guān)電壓箝定在Vc1+Vin水平。箝位電容電流-ic1=im=iL1;ip=0,im由第一象限的+Im向第三象限-Im過渡,也即磁通復(fù)位過程。
  4 模式4 ( t3   S1,S2關(guān)斷,磁場能量使S1結(jié)電容放電, VD由Vin+Vc1下降到零,創(chuàng)造了S1的ZVS條件。箝位電路斷開,ic1→0。iL1=im=-Im,ip=0。變壓器原邊繞組電壓Vp則從-Vc1變化到Vin。Vc1=DVin/(1-D)保持不變。
   S1導(dǎo)通時(shí)間為DTs,變壓器原邊繞組承受電壓為Vin;S1關(guān)斷時(shí)間為(1-D)Ts,變壓器原邊繞組承受電壓為-Vc1。由伏秒平衡關(guān)系可得:DTsVin=(1-D)Vc1,即Vc1=DVin/(1-D)。
  

  圖2 有源箝位同步整流正激變換器的主要參量波形
   有源箝位正激變換器變壓器磁芯工作在雙向?qū)ΨQ磁化狀態(tài),提高了磁芯的利用率,箝位電容的穩(wěn)態(tài)電壓隨開關(guān)占空比而自動(dòng)調(diào)節(jié),因而占空比可大于0.5;Vo一定時(shí),主開關(guān)管?輔助開關(guān)應(yīng)力隨Vin的變化不大;所以,在占空比和開關(guān)應(yīng)力允許的范圍內(nèi),能夠適應(yīng)輸入電壓較大變化范圍的情況。不足之處是增加了一個(gè)管子,使得電路變得復(fù)雜。
  3 電路參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算公式
   主電路拓?fù)淙鐖D1 所示,它的箝位電容電壓為:Vc1=DVin/(1-D),箝位電容的耐壓要大于此值,容量只要足夠大即可保證電路的正常工作,在制作中,選用的箝位電容容量為47μF。控制芯片選用UC3823N實(shí)現(xiàn)PWM控制,控制芯片檢測開關(guān)電流加上斜波信號(hào)(由PWM輸出信號(hào)14腳生產(chǎn))送至芯片的電流端(7腳);電壓信號(hào)經(jīng)取樣電阻分壓和誤差放大器補(bǔ)償產(chǎn)生一輸出信號(hào)(3腳),此信號(hào)與7腳信號(hào)比較后產(chǎn)生輸出占空比信號(hào)PWM,再由脈沖變壓器隔離和原邊驅(qū)動(dòng)器UC1707產(chǎn)生兩列互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)且死區(qū)可調(diào)的脈沖驅(qū)動(dòng)變換器的主管S1和箝位管S2。合適的參數(shù)設(shè)計(jì)

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