基于UC3844的低壓大電流開關電源設計(2)
3 電路的設計
所設計的電源參數如下:輸入電壓為50(1±10%)V,輸出電壓為3.3V,電流為20A,工作頻率為100kHz。
采用的主電路拓撲如圖1所示。由于有源鉗位采用的是FLYBACK型鉗位電路,它的鉗位電容電壓為:
所選用的控制IC芯片為UC3844,它的最大占空比為50%,所以電容上的電壓最大為Vin,電容耐壓為60V以上,只要選取足夠大即可保證電路能正常工作,本電路所選取的鉗位電容為47μF/100V。
有源鉗位管S1的驅動必須跟變壓器原邊的地隔離開,而且S1的驅動信號必須跟開關管S驅動信號反相,使用UCC3580可以實現兩個管子的驅動,可是這個芯片并不常見,因而這里選用UC3844跟IR2110組合。UC3844出來的控制信號用來作為IR2110的低端輸入,其反相信號作為IR2110的高端輸入,IR2110的高端驅動通過內部自舉電路來實現隔離。這樣,我們就達到了驅動兩個開關管的目的。
在輸出整流電路中,當續流二極管(即SR的反并二極管)受正向電壓導通時,應及時驅動SR導通,以減小壓降和損耗。但為了避免SR與SR1同時導通,造成短路事故,必須有“死區”時間,這時仍靠二極管D導通。SR的開關瞬時要與續流二極管的通斷瞬時密切配合,因此對開關速度要求很高。另外,從成本綜合考慮,選用IRL3102。
變壓器的設計跟一般正激式變換器變壓器設計差不多,只是要考慮同步整流管的驅動。所選用的同步整流管的驅動開通電壓為4V左右,電路輸出電壓為3.3V,輸出端相當于一個降壓型電路,占空比最大為0.5,所以變壓器副邊電壓至少為6.6V。因為MOSFET的柵-源間的硅氧化層耐壓有限,一旦被擊穿則永久損壞,所以實際上柵-源電壓最大值在20~30V之間,如電壓超過20V,應該在柵極上接穩壓管。
4 實驗結果和波形分析
開關管S1和S的Uds波形如圖3所示,RefA為S管壓降波形,50V/div,RefB為S1管壓降波形,50V/div。電路此時工作在Vin=60V左右,S1和S的開關應力大概為120V,D=0.5左右。圖4為變壓器輸出電壓,也就是同步整流管SR1和SR的驅動信號,正的部分為SR的驅動信號,負的部分為SR1的驅動信號。實驗所得波形和分析的波形基本吻合,只是在開關轉換瞬間,電壓有小尖峰,這是由電路的雜散參數引起的。該電路的工作效率經過測量大約在90%左右,基本達到設計的要求。
圖3 開關管S和S1的uds波形
圖4 同步整流管的驅動波形
5 結語
3.3V/20A的開關電源的設計表明,有源逆變加同步整流電路用在低壓大電流的正激式電路設計中,不加PFC電路時,能夠取得很高的效率。
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( 發表人:大本 )