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基于UC3846的新型開關(guān)電源的設(shè)計

出處:aihe 發(fā)布于:2007-04-16 20:06:48

  摘要:研究了一種新型開關(guān)電源的設(shè)計。它采用移相全橋PWM控制電路,輸出較大的功率,并具有體積小、重量輕、開關(guān)頻率高等優(yōu)點。給出了各部分相應(yīng)的電路圖,并進行了詳細(xì)的介紹。

    關(guān)鍵詞:軟開關(guān);開關(guān)電源;變壓器
引言
近年來,隨著航空、航天和計算機事業(yè)的發(fā)展,對電源在體積、重量和效率等方面提出了越來越高的要求。開關(guān)電源就是在這種情況下發(fā)展起來的一種小型電源。它具有體積小、重量輕、頻率高、成本低、效率高等一系列優(yōu)點。同時,由于它的線路簡單,可靠性高,而被廣泛地應(yīng)用于航空、航天和電子計算機等方面。本文設(shè)計了一個由UC3846產(chǎn)生PWM進行脈寬調(diào)制的移相全橋開關(guān)電源。
1 開關(guān)電源主電路的設(shè)計
在主電路中采用了移相全橋軟開關(guān)電路,如圖1所示。
圖1
    在此電路中,輸入為AC220V電壓,經(jīng)過二極管整流橋把交流電變成直流電,為了消除此直流電壓的脈動,在設(shè)計時采用了π型濾波電路。后接一個移相全橋軟開關(guān)電路,使功率管實現(xiàn)零電壓零電流開通和關(guān)斷,將電路在工作時的功率損耗減至。輸出為±23V/15A和±200V/0.8A,總功率P=2×23×15+2×200×0.8=1010W,因此,也可以稱此開關(guān)電源為大功率開關(guān)電源。
變壓器的設(shè)計是該電源的一個關(guān)鍵部分,而常規(guī)設(shè)計采用一大堆繁雜的公式進行推導(dǎo),運算量較大,難免造成結(jié)果錯誤。鑒于此,本文采用圖表的方法對原、副邊進行設(shè)計,并考慮開關(guān)管導(dǎo)通壓降等實際情況進行適當(dāng)微調(diào)。該變壓器的具體設(shè)計如下。
式中:n1,n2為一、二次繞組的股數(shù);
dp,dz為一、二次繞組的線徑;
S0K0為磁芯窗口使用面積;
Np,Nz為一、二次繞組的匝數(shù)。
U1為輸入直流電壓;
U1r為整流管壓降;
U1T為每匝電壓值;
D為占空比,本設(shè)計D為0.6。
變壓器的工作頻率選100kHz,繞組的線徑可以選為0.5mm。根據(jù)計算,變壓器磁芯選EI-50型鐵氧體磁芯,查電子變壓器手冊可知窗口使用面積為48.97mm2,每匝電壓值為8.044V/匝。由此可得原邊匝數(shù)為29匝,副邊分別為6匝和45匝,經(jīng)過實際的調(diào)試,終確定為原邊29匝,副邊分別為5匝和44匝。在這種情況下,該開關(guān)電源運行良好。
應(yīng)用全橋電路,要特別注意上下兩個功率管的直通問題,如果出現(xiàn)直通,功率管將燒毀,甚至整個電源全部毀掉。在這個開關(guān)電源中,我們采用了UC3846產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號,用IR2110來驅(qū)動功率管,很好地避免了這個問題的發(fā)生。

2 PWM產(chǎn)生電路
由于UC3846能同時產(chǎn)生兩路PWM的輸出,用一塊UC3846就可以來驅(qū)動兩塊IR2110,這給設(shè)計帶來了很大的方便,這樣也可以滿足體積小的要求。UC3846的引腳及PWM產(chǎn)生電路如圖2所示。
圖2中,UC3846的引腳13和15接40V電源,它所產(chǎn)生的PWM的頻率用式(1)計算。
UC3846產(chǎn)生的PWM信號由引腳11和14輸出來控制IR2110,由2塊IR2110來產(chǎn)生4個功率管的驅(qū)動信號。
3 驅(qū)動電路的設(shè)計
IR2110采用14端DIP封裝,引出端排列如圖3所示。
它的各引腳功能如下:
腳1(LO)是低端通道輸出;
腳2(COM)是公共端;
腳3(Vss)是低端固定電源電壓;
腳5(Us)是高端浮置電源偏移電壓;
腳6(UB)是高端浮置電源電壓;

    腳7(HO)是高端輸出;
腳9(VDD)是邏輯電路電源電壓;
腳10(HIN)、腳11(SD)、腳12(LIN)均是邏輯輸入;
腳13(Vss)是邏輯電路地電位端外加電源電壓,其值可以為0V;
腳4、腳8、腳14均為空端。
它的功能原理圖如圖4所示。
圖4
    IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS工藝制作,具有獨立的高端和低端輸出通道;邏輯輸入與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS輸出兼容;浮置電源采用自舉電路,其工作電壓可達(dá)500V,du/dt=±50V/ns,在15V下的靜態(tài)功耗僅有1.6mW;輸出的柵極驅(qū)動電壓范圍為10~20V,邏輯電源電壓范圍為5~15V,邏輯電源地電壓偏移范圍為-5V~+5V。IR2110采用CMOS施密特觸發(fā)輸入,兩路具有滯后欠壓鎖定。推挽式驅(qū)動輸出峰值電流≥2A,負(fù)載為1000pF時,開關(guān)時間典型值為25ns。兩路匹配傳輸導(dǎo)通延時為120ns,關(guān)斷延時為94ns。IR2110的腳10可以承受2A的反向電流。
圖5給出了IR2110在本設(shè)計中驅(qū)動全橋電路功率管的電路。IR2110的開通與關(guān)斷傳輸延遲時間是接近匹配的(失配時間不大于10ns),開通傳輸延遲時間比關(guān)斷傳輸延遲時間長25ns,這就保證了功率管在工作時不會發(fā)生重疊導(dǎo)通,為了更加安全起見,可在功率管的柵極上加一電阻與二極管網(wǎng)絡(luò)(如圖5中所示),這些電阻、二極管網(wǎng)絡(luò)可進一步延遲功率管的導(dǎo)通而對其關(guān)斷沒有影響,這就相當(dāng)于增加了死區(qū)時間。

4 結(jié)語
目前,該開關(guān)電源已投入使用,經(jīng)過長時間運行,具有非??煽康男阅堋嵺`證明,開關(guān)電源具備體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點,在未來的應(yīng)用中,開關(guān)電源必將占據(jù)主導(dǎo)地位。

  

參考文獻:

[1]. UC3846 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/UC3846_1074930.html.
[2]. IR2110 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/IR2110_406876.html.
[3]. COM datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/COM_1118194.html.


關(guān)鍵詞:基于UC3846的新型開關(guān)電源的設(shè)計IR2110UC3846AC220V

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