引言
隨著電力電子技術的發(fā)展,，電源技術被廣泛應用于各個行業(yè)。對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)并且相互獨立的開關電源,。
設計采用了AC／DC／AC／DC變換方案。一次整流后的直流電壓,，經過有源功率因數校正環(huán)節(jié)以提高系統的功率因數，再經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。系統的主要環(huán)節(jié)為有源功率因數校正電路,、DC／DC電路,、功率因數校正電路、PWM控制電路和保護電路等,。采用UC3854A／B控制芯片組成功率因數校正電路來提高功率因數,，用新型的芯片UC3825作為控制芯片來代替SG3525，不僅外圍電路簡單,，而且具有有容差過壓限流功能,，還采用了新型IR2304作為驅動芯片，動態(tài)響應快,，且自帶死區(qū),，防止半橋上下管直通。
1 有源功率因數校正電路
為了提高系統的功率因數,，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校正電路。UC3854A／BUnitrode公司一種新的高功率因數校正器集成控制電路芯片,，是在UC3854基礎上的改進,，其特點是采用平均電流控制，功率因數接近1,，高帶寬,，限制電網電流失真≤3％。圖1是由UC3854A／B控制的有源功率因數校正電路,。
該電路由兩部分組成,。UC3854A／B及外圍元器件構成控制部分，實現對網側輸入電流和輸出電壓的控制,。功率部分由L2,，Cs，S等元器件構成Boost升壓電路,。開關管S選擇西門康公司的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450V／470μF的電解電容并聯,。為了提高電路在功率較小時的效率,，所設計的PFC電路在輕載時不進行功率因數校正，當負載較大時功率因數校正電路自動投入使用,。此部分控制由圖1中的比較器部分來實現,。R10及R11是負載檢測電阻。當負載較輕時,，R10及R11上檢測的信號輸入給比較器,，使其輸出端為低電平，D5導通,，給ENA(使能端)低電平使UC3854A／B封鎖,。在負載較大時ENA為高電平才讓UC3854A／B工作。D6接到SS(軟啟動端),，在負載輕時D6導通,，使SS為低電平；當負載增大要求UC3854A／B工作時,，SS端電位從零緩慢升高,，控制輸出脈沖占空比慢慢增大實現軟啟動。
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,，而本電源設計最大功率達到300w,，顯然不適合。在功率較大的高頻開關電源中,，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關器件少,，輸出功率大，但開關管承受電壓高(為電源電壓的2倍),，且變壓器有6個抽頭,，結構復雜；全橋電路開關管承受的電壓不高,，輸出功率大,，但需要的開關器件多(4個)，驅動電路復雜,；半橋電路開關管承受的電壓低,，開關器件少，驅動簡單,。根據對各種拓撲方案的電氣性能以及成本等指標的綜合比較,，本電源選用半橋式DC／DC變換器作為主電路。圖2為主電路拓撲圖,。
圖2中S1,、S2,、C1、C2和主變壓器T1構成了半橋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,，無須加氣隙,。繞制時采用“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,，用來阻斷與不平衡伏秒值成正比的直流分量,，平衡開關管每次不相等的伏秒值。C5采用優(yōu)質CBB無感電容,。Ct是電流互感器,，作為電流控制時取樣用。D3,、D4采用快恢復二極管,，經過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，樣,，可以在負載變化時最大限度地保證輸出電壓的穩(wěn)定,。后級可接一個或多個多路輸出的變壓器，然后通過整流電路整流,，這樣既能保證每路輸出都是獨立的,，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
系統的控制電路采用高速雙路的PWM控制器UC3825,，其內部電路主要由高頻振蕩器、PWM比較器,、限流比較器,、過流比較器,、基準電壓源、故障鎖存器,、軟啟動電路,、欠壓鎖定、PWM鎖存器,、輸出驅動器等組成,。它比SG3525具有更多優(yōu)點：
1)改進了振蕩電路，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，且門檻電流有5％的容差,；
3)低啟動電流(100MA),；
4)UC3825關斷比較器是一個高速的過流比較器，它具有1．2v的門檻值,，保證芯片重新啟動前軟啟動電容完全放電,，在超過門檻值時，輸出為低電平狀態(tài),，防止上下橋臂同時導通而引起短路,。圖3為主電路的控制電路?！?/p>
前級的R808和R809與穩(wěn)壓管構成一個啟動電路,，觸發(fā)UC3825開始工作后，由反饋輸出OUT1自供電,。PWM的調制波由R1和CT振蕩產生,，RT、CT一般按式(1)及式(2)選取,。
RT=3V/{（10mA）*(1-Dmax)} (1)
CT=(1.6*Dmax)/(Rt*f) (2)
式中：f=80kHz,，為所取的頻率。
腳1(INV),、腳2(E／A)和腳3(HI)構成一誤差放大器,，做為電壓反饋用，腳9(ILIM)為限流,，腳8(SS)為軟啟動,，腳11(0UTA)及腳14(0UTB)為輸出驅動信號。從圖3中可看出,，UC3825功能比較全,，外圍電路簡單，可有效減少PCB的布線與外圍元器件,，提高了系統的可靠性,。
2．3 驅動電路
MOSFET的驅動可采用脈沖變壓器,，它具有體積小，價格低的優(yōu)點,，但直接驅動時,，脈沖的前沿與后沿不夠陡，影響MOSFET的開關速度,。在此,，采用了IR2304芯片，它是IR公司新推出的多功能600v高端及低端驅動集成電路,，它具有以下優(yōu)點,。
1)芯片體積小(DIP8)，集成度高(可同時驅動同一橋臂的上,、下兩只開關器件),。
2)動態(tài)響應快，通斷延遲時間220／220 ns(典型值),、內部死區(qū)時間1000ns,、匹配延遲時間50ns,。
3)驅動能力強,，可驅動600v主電路系統，具有61 mA／130mA輸出驅動能力,，柵極驅動輸入電壓寬達10～20V,。
4)工作頻率高，可支持100 kHz或以下的高頻開關,。
5)輸入輸出同相設計,，提供高端和低端獨立控制驅動輸出，可通過兩個兼容3．3v,、5v和15v輸入邏輯的獨立CMOS或LSTFL輸入來控制,，為設計帶來了很大的靈活性。
6)低功耗設計,，堅固耐用且防噪效能高,。IR2304采用高壓集成電路技術，整合設計既降低成本和簡化電路,，又降低設計風險和節(jié)省電路板的空間,，相比于其它分立式、脈沖變壓器及光耦解決方案,，IR2304更能節(jié)省組件數量和空間,，并提高可靠性。
7)具有電源欠壓保護和關斷邏輯,，IR2304有兩個非倒相輸入及交叉?zhèn)鲗ПＷo功能,，整合了專為驅動電機的半橋MOSFET或IGBT電路而設的保護功能,。當電源電壓降至4．7v以下時，欠壓鎖定(UVL0)功能會立即關掉兩個輸出,，以防止直通電流及器件故障,。當電源電壓大于5v時則會釋放輸出(綜合滯后一般為0.3v)。過壓(HVIC)及防閉鎖CMOS技術使IR2304非常堅固耐用,。另外,，IR2304還配備有大脈沖電流緩沖級，可將交叉?zhèn)鲗p至最低,；同時采用具有下拉功能的施密特(Sohmill)觸發(fā)式輸入設計,，可有效隔絕噪音，以防止器件意外開通,。
如圖4所示為IR2304的連線圖
可以看出,，IR2304具有連線簡單，外圍元器件少的優(yōu)點,。其中VCC由主電路中OUT2自供電,，LIN和HIN分別接UC3825的兩個輸出端，VD要采用快恢復二極管,，C1為濾波電容,，C2為自舉電容，最好采用性能好的鉭電容,，R1和R2為限流電阻,。
2.4 保護電路設計
對于DC／DC電源產品都要求在出現異常情況(如過流、過載)時,，系統的保護電路工作,，使變換器及時停止工作。UC3825的保護電路設計也比較簡單,，如圖5所示
通過電流互感器得到的采樣電流,，經過轉換后送到UC3825腳9(ILJIM)，當電流超過預定值時,，UC3825自動封鎖輸出脈沖,，起到保護作用。
3 實驗結果及波形
圖6～圖9為樣機的部分實驗波形,。
4 結語
所制作的工程樣機,，已經通過性能測試。該系統采用UC3854A／B控制芯片組成功率因數校正電路,，在輕載時不工作,，有利于提高效率，在重載時電路自動投入工作，提高了大功率時的功率因數,。主電路控制采用了新型的芯片UC3825,，具有有容差過壓限流功能，而且外圍電路簡單,，穩(wěn)定性好,，還采用了新型的動態(tài)響應快，驅動能力強,，工作頻率高的IR2304作為驅動芯片,，具有電源欠壓保護和關斷邏輯功能，與以前的電源相比,，只增加了有限的成本,，但系統的穩(wěn)定性大大提高了，頻率的精度提高了,，輸出電壓更穩(wěn)定,，當負載由最輕至300W變化時，輸出電壓變化<1％,。變壓器輸出既可在主變壓器上采用多抽頭,，也可接二級變壓器來得到不同電壓的獨立輸出。