一种高频开关电源移相控制电路的设计实现

一种高频开关电源移相控制电路的设计实现中文核心期刊微计算机信息(测控自动化)2005年第21卷第3期一种高频开关电源移相控制电路的设计实现TheDesignAndRealizationOfThePhase-shiftedControlCircuitInHighFrequencySwitchingPower摘要:本文介绍了一种利用UC3875集成电路设计的高频开关电源移相控制电路.详细给出了参数设置,驱动,保护电路的具体实现.具有简单,可靠,实用的特点.关键词:开关电源;移相控制中图分类号:TM92文献标识码:A文章编号:10080570(2005)03013202Abstract:Onekindofphaseshiftedcontrolcircuitinhighfre?-quencyswitchingpowerbasedonUC3875ICisintroducedinthispaper,discussingindetailtherealizationofparametersettingcircuit,drivingcircuitandprotectingcircuit.Thiscircuitischaracterizedbysimplicity,reliabilityandpracticality.Keyword:switchingpowerphaseshiftedcontrol引言移相控制电路是高频开关电源的重要组成部分.很大程度上决定了开关电源的性能.其作用在于使全桥变换器的两个桥臂开关管的导通角错开一个角度,以狭得不同的占空比从向调节输出电压的高低.其核心是移相PWM控制器.我们采用了专用移相控制集成芯片UC3875.它能够产生四路移相控制的PWM信号,并且具有稳压,稳流及多种保护功能.1UC3875概述UC3875软开关移相PWM控制集成电路由美国Unitrode公司生产.该芯片的简要介绍如下,各引脚功能及更多详细内容请参考文献.UC3875能够对两个半桥开关的相位进行移动控制.实现半桥功率级的恒频PWM控制.UC3875的四个输出分别驱动两个半桥,并都能单独进行导通延时调节,即死区时间的调节,该死区时间可以确保下一个要导通的开关管的输出电容能够放电完毕,也就是开关管两端的电压可以在该时间内降到零.因而实现了零电压开通.其特性如下:实用的开关频率可达2MHz;可实现0100%占空比控制:两个半桥的输出导通可单独编程控制:具有软启动功能:欠压锁定功能:4个2A图腾柱式输出级:10MHz误差放大器:具有独立的过流保护电路,可实现快速故障保护.过流故障发生后70ns内,全部输出级都能转入芙断状态过流故障消除后,该器件能够自动重新开始工作:2UC3875的参数设置电路设计吉智:讲师本项目受到学院重点科研项目基金的资助.(项目名称:新型可编程控制器实验实训系统.项目编号:2004009)(徐州T业职业技术学院)吉智Ji.ZhiUC3875的外围电路典型结构如1所示1.开关频率的设置FREQSET脚的设定决定开关频率的大小.在图1rf】,由R9,C9决定此数值.如欲设计开关频率为50kHz的开关电源,根据式1,取C9=4700pF,R9=17KI,则可算出f=50kHz.4f)其中:R一频率设置电阻阻值c一频率设置电容容量2.死区时间的设置UC3875的输出驱动信号和零电压丌关的延迟时间由延迟设定端子(DELAYSETMB,DELAYSETC/D)的R7,C7和R8,C8确定.可分别对A,B和C,D两对开关器件进行编程.当我们使用MOSFET作为功率开关管时,延时时间般可设置为23s,在图1中,R7,R8取为100K,C7,C8取0.01F即可满足要求.3.保护设置在图1中.LF来自运放的输出.R45是下拉电阻,保证当LF为低时C/S+脚为可靠低电平.R6和C6构成一个缓冲同路4.其它设置为保证供电的可靠性,我们采用两组独立的电源供电,每组都有大电容旁路.两组电源在点接地.在图1中.C3为基准旁路电容,C4为软启动电容,c5为斜面补偿电容,Rl为斜坡电阻一+15V+15D22.碑I2200u/5VREFOUTDE/A+PGND槛3COMPSYNC.179中国自控网:.ca一132120元/年邮局订阅号:82.946电话:010.621电子设计林顿驱动的晶体管组成推挽输出电路来驱动脉冲变压器的原边超前桥臂的驱动电路如功率管驱动电路图(略可向作者索),滞后桥臂的驱动电路也一样.图中.D1,D2和D3,D4是肖特基极管,用f防止驱动管的电压由于低于地或高于电源电压而损坏.R21和R22是限流电阻.DW1,DW2和DW3,DW4是齐纳稳压管,用来限制脉冲变压器的输出电压,防止功率管损坏.T1,T3选用T1P122,T2,T4选用TIP127,T1T4是达林顿驱动的晶体管,耐为IOOV,持续电流为5A,峰值电流可达8A,其歼启时间和芙断时间分别为1.51xS和2.5S,向开关电源的设计的频率为50KHz,即20/xS>1.5S+2.5txS,满足设计要求.4保护电路设计除了输出电流限制外,本电源还设置有五个保护功能:输入过压保护,输入过流保护,输出过压保护,输出过流保护,过热保护前四种保护都是通过控制UC3875的电流检测端C/S+(5脚).使其电压高于2.5V,导致UC3875关断输出.输入,输出电流分别取自串联在输入,输出回路中的分流器上的信号(075mV)过热保护则是通过温控开关实现的.4.1光耦的选择为了保证电路的可靠工作.控制电路必须和主回路隔离,因此来自主回路的电压,电流反馈信号必须经过光耦隔离.我们选择TLP521系列.其参数如下:隔离电压:2500V;驱动电流最大为50mA(5211为70mA),三极管最大集射极电压为55V,最大集射极电流为50mA.电流放大倍数最小为0,5.上升时间为21xS.在开关频率低于50KHz时,其性能满足要求.VF图2输人过压保护电路4.2输入过压,过流保护电路因为采集输入电压,电流的信号只是供保护使用,因此对其线性度要求不高只要成正向比例即可.输入过胍保护电路如图2所示其中.R35是限流电阻.其取值要保证输入电流不超过光耦的最大驱动电流.VF是由UC3875提供的基准电压(5v).RW2用来整定过匿保护值.LEDU是保护动作指示灯.D11是止逆二极管.防止别的保护动作时,指示灯误动作LF端的接法见图1.其工作原理如下:运放工作在非线性区,当比较器使用.当输入电压高于整定值时,运放输出高电平(+15V),过压保护动作:否则.运放输出低电平(ov),保护不动作.过流保护电路光耦后的部分与过压保护相同,光耦前的部分如图(输入过压保护电路图略可向作者索取)下部分虚线框所示.IF1+,IF1一是分流器的输出(075mV).由于电流反馈信号是一个有正负极性的高频脉冲信号,因此我们加了一个二极管和RC吸收电路.以提高过流保护的精确性4.3输出过压,过流保护电路输出过压,过流保护电路完全一样,如图3所示.其原理与输入保护电路相同,但IF2是来自线性光祸后的输出反馈信号.4.4过热保护电路功率器件过热时.性能降低,使用寿命缩短.严重时器件将损坏.因此有必要设置基于硬件的温度保护电路,以确保系统的安全运行.图3输出过压保护电路我们采用两个温控开关,分两级对功率器件进行热保护.使用时把温控开关和功率器件起安装在散热片上.其中一个温控开关选用40常开开关,串联在风扇供电线路中,使用方法如图4(b)所示.当散热片温度高于40,温控开关闭合,启动风扇散热.另-一个为80%常开开关,使用方法如图4(a)所示,LF端的接法见图1当散热片温度高于100%,温控开关闭合,LF为高电平,UC3875的C/S+端电压>2.5V,UC3875关断驱动输出,导致功率管全部关断.80温控开关220v(a)(b)图4过热保护原理图5结语温控歼戈该开关电源移相控制电路结构简洁,成本低廉,性能参数可灵活设置.同时具有完善的自我保护功能.经过一段时间的应用.效果良好.便于大批量生产,具有相当的实用价值.参考文献1TOSHIBASemiconductorHandbook,19982UC3875datasheet,UNITRODECORPORATION作者简介:吉智,男.1974年生,汉族,工学硕士,机械电子工程专业,讲师.主要从事电力电子与智能控制方面的教学与研究工作.电话05162107750,3764750.Email:Authorbriefintroduction:Jizhi,male,bomin1974,Hannationality,masterofengineering,majoredinmechanicalandelectronicengineering,lecturer,mainlyengagedintheteachingandre-searchingworkinpowerelectronicandintelligentcontrolfield.PC:221006.Add:mechanicalandelectronicengineeringDepartmentofXuzhouCollegeOfIndustryTechnology,Jiulisection,Xuzhoucity.Tel3764750.Email:(221006江苏徐州徐州工业职业技术学院)吉智(XuzhouCollegeOfIndustryTechnology,221006)ji,Zhi通信地址:(221006江苏徐州九里区