可多路獨(dú)立供電的半橋DC/DC變換器的設(shè)計(jì)

介紹了一種功率較大的可多路獨(dú)立供電的半橋DC/DC變換器。采用了有源功率因數(shù)校正技術(shù)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高功率因數(shù)。DC／DC主電路采用高速雙路PWM芯片UC3825控制的半橋變換器，并且采用了動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，工作頻率高的IR2304作為MOSFET的驅(qū)動(dòng)芯片。
關(guān)鍵詞：半橋變換器；UC3825；功率因數(shù)校正；IR2304；多路；獨(dú)立

0 引言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。對(duì)電源的要求也各有不同。本文介紹了一種功率較大，多路輸出(20路及以上)并且相互獨(dú)立的開(kāi)關(guān)電源。

設(shè)計(jì)采用了AC／DC／AC／DC變換方案。一次整流后的直流電壓，經(jīng)過(guò)有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，再經(jīng)半橋變換電路逆變后，由高頻變壓器隔離降壓，最后整流輸出直流電壓。系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)為有源功率因數(shù)校正電路、DC／DC電路、功率因數(shù)校正電路、PWM控制電路和保護(hù)電路等。采用UC3854A／B控制芯片組成功率因數(shù)校正電路來(lái)提高功率因數(shù)，用新型的芯片UC3825作為控制芯片來(lái)代替SG3525，不僅外圍電路簡(jiǎn)單，而且具有有容差過(guò)壓限流功能，還采用了新型IR2304作為驅(qū)動(dòng)芯片，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，且自帶死區(qū)，防止半橋上下管直通。

1 有源功率因數(shù)校正電路
為了提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，整流環(huán)節(jié)不能采用二極管整流，采用了UC3854A／B控制芯片組成功率因數(shù)校正電路。UC3854A／B是Unitrode公司一種新的高功率因數(shù)校正器集成控制電路芯片，是在UC3854基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其特點(diǎn)是采用平均電流控制，功率因數(shù)接近1，高帶寬，限制電網(wǎng)電流失真≤3％。圖1是由UC3854A／B控制的有源功率因數(shù)校正電路。

UC3854A/UC3854B控制的有源功率因數(shù)校正電路

該電路由兩部分組成。UC3854A／B及外圍元器件構(gòu)成控制部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)側(cè)輸入電流和輸出電壓的控制。功率部分由L2，Cs，S等元器件構(gòu)成Boost升壓電路。開(kāi)關(guān)管S選擇西門(mén)康公司的SKM75GBl23D模塊，其工作頻率選在35 kHz。升壓
電感L2為2mH／20A。C5采用兩個(gè)450V／470µF的電解電容并聯(lián)。為了提高電路在功率較小時(shí)的效率，所設(shè)計(jì)的PFC電路在輕載時(shí)不進(jìn)行功率因數(shù)校正，當(dāng)負(fù)載較大時(shí)功率因數(shù)校正電路自動(dòng)投入使用。此部分控制由圖1中的比較器部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。R10及R11是負(fù)載檢測(cè)電阻。當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，R10及R11上檢測(cè)的信號(hào)輸入給比較器，使其輸出端為低電平，D5導(dǎo)通，給ENA(使能端)低電平使UC3854A／B封鎖。在負(fù)載較大時(shí)ENA為高電平才讓UC3854A／B工作。D6接到SS(軟啟動(dòng)端)，在負(fù)載輕時(shí)D6導(dǎo)通，使SS為低電平；當(dāng)負(fù)載增大要求UC3854A／B工作時(shí)，SS端電位從零緩慢升高，控制輸出脈沖占空比慢慢增大實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。

2 主電路及控制電路
2．1 主電路
反激式電源一般用在100w以下的電路，而本電源設(shè)計(jì)最大功率達(dá)到300w，顯然不適合。在功率較大的高頻開(kāi)關(guān)電源中，常用的主變換電路有推挽電路、半橋電路、全橋電路等。其中推挽電路用的開(kāi)關(guān)器件少，輸出功率大，但開(kāi)關(guān)管承受電壓高(為電源電壓的2倍)，且變壓器有6個(gè)抽頭，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；全橋電路開(kāi)關(guān)管承受的電壓不高，輸出功率大，但需要的開(kāi)關(guān)器件多(4個(gè))，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜；半橋電路開(kāi)關(guān)管承受的電壓低，開(kāi)關(guān)器件少，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單。根據(jù)對(duì)各種拓?fù)浞桨傅碾姎庑阅芤约俺杀镜戎笜?biāo)的綜合比較，本電源選用半橋式DC／DC變換器作為主電路。圖2為主電路拓?fù)鋱D。

圖2中S1、S2、C1、C2和主變壓器T1構(gòu)成了半橋DC／DC變換電路。MOSFET采用11NC380。電路的工作頻率為80 kHz。變壓器采用E55的鐵氧體磁芯，無(wú)須加氣隙。繞制時(shí)采用“三段式”繞法，以減小漏感。R1和R2用以保證電容分壓均勻，R3、C3和R4、C4為MOS管兩端的吸收電路。C5為隔直電容，用來(lái)阻斷與不平衡伏秒值成正比的直流分量，平衡開(kāi)關(guān)管每次不相等的伏秒值。C5采用優(yōu)質(zhì)CBB無(wú)感電容。Ct是電流互感器，作為電流控制時(shí)取樣用。D3、D4采用快恢復(fù)二極管，經(jīng)過(guò)L1和C6、C7平波濾波后輸出OUT2給控制芯片供電，Rs、R6則是反饋電壓的采樣電阻。主變壓器的輸出OUT3為高頻低壓交流電。如圖2所示，反饋電壓和輸出電壓同一繞組，這樣，可以在負(fù)載變化時(shí)最大限度地保證輸出電壓的穩(wěn)定。后級(jí)可接一個(gè)或多個(gè)多路輸出的變壓器，然后通過(guò)整流電路整流，這樣既能保證每路輸出都是獨(dú)立的，又可以得到任意大小的電壓。故可滿足DSP等需要多路不同電壓供電且精度較高的要求。

2．2 控制電路
系統(tǒng)的控制電路采用高速雙路的PWM控制器UC3825，其內(nèi)部電路主要由高頻振蕩器、PWM比較器、限流比較器、過(guò)流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟啟動(dòng)電路、欠壓鎖定、PWM鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器等組成。它比SG3525具有更多優(yōu)點(diǎn)：
1)改進(jìn)了振蕩電路，提高了振蕩頻率的精度，并且具有更精確的死區(qū)控制；
2)具有限流控制功能，且門(mén)檻電流有5％的容差；
3)低啟動(dòng)電流(100MA)；
4)UC3825關(guān)斷比較器是一個(gè)高速的過(guò)流比較器，它具有1．2v的門(mén)檻值，保證芯片重新啟動(dòng)前軟啟動(dòng)電容完全放電，在超過(guò)門(mén)檻值時(shí)，輸出為低電平狀態(tài)，防止上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通而引起短路。圖3為主電路的控制電路。