基于UC3825的低壓大電流開關(guān)電源

　　介紹了一種以PWM 控制芯片UC3825為核心的低壓大電流開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案， 闡述了主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及主控制電路的電路設(shè)計(jì)， 并設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)及過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路， 應(yīng)用反饋手段和脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電壓、電流的穩(wěn)定輸出， 并研制了1臺(tái)15 V /1 200 A的樣機(jī)。

　　1 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

　　開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)主要由7部分組成： 輸入整流濾波電路、高頻開關(guān)變換器電路、整流輸出電路、控制電路、保護(hù)電路、輔助電源以及顯示電路。

　　1.1 主電路

　　該設(shè)計(jì)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示， 輸入市網(wǎng)220 V 電壓， 通過(guò)RC 濾波及整流橋整流、全橋逆變、高頻變壓器、輸出整流以實(shí)現(xiàn)AC /DC /AC /DC 的變換過(guò)程， 最終得到所需要的15 V直流穩(wěn)壓電源。

　　圖1 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

　　1.1.1 輸入濾波整流( AC /DC)

　　低電壓大電流的開關(guān)電源對(duì)高頻干擾信號(hào)以及上電瞬間的浪涌電流十分敏感， 為了保證電路穩(wěn)定工作， 消除來(lái)自電網(wǎng)的各種干擾， 輸入的220 V 市電首先經(jīng)RC濾波電路， 對(duì)尖峰電壓進(jìn)行抑制。高頻濾波后的電壓經(jīng)整流電路整流， 得到直流電壓。橋式整流電路后面的濾波電容具有充放電作用， 濾除整流后的交流成分。

　　1.1.2 高頻開關(guān)變換器( DC /AC)

　　它是開關(guān)電源的重要部分， 逆變電路采用全橋變換， 由4個(gè)IGBT開關(guān)管組成橋的四臂， 每個(gè)IGBT并聯(lián)1個(gè)高速功率二極管， 其鉗位作用以減小開關(guān)管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換為截止時(shí)， 變壓器產(chǎn)生的電壓尖峰， 以保護(hù)開關(guān)管不被擊穿。IGBT, 絕緣柵雙極型晶體管， 既具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)， 又有通態(tài)電壓低、耐壓高的優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)管IGBT 的柵極接收PWM 信號(hào)， 當(dāng)門極加正電壓， MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流， 從而使IGBT 導(dǎo)通。此時(shí)從P區(qū)注入到N 區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制， 減小N - 的電阻值， 使高耐壓的IGBT也具有低的通態(tài)壓降。在門極上加負(fù)電壓時(shí)， MOSFET內(nèi)的溝道消失。PNP晶體管的基極電流被切斷， IGBT 關(guān)斷。T1、T4與T2、T3輪流高頻通斷， 將直流電壓變成交流電壓， 再經(jīng)高頻隔離變壓器變成所需的隔離輸出交流電壓。此處的高頻變壓器采用鐵基鈮銅納米晶環(huán)形鐵芯高頻變壓器， 這種變壓器具有損耗小、漏感低、體積小等特點(diǎn)。

　　1.1.3 輸出整流濾波( AC /DC )

　　由高頻隔離變壓器輸出的逆變電壓， 經(jīng)過(guò)大功率高頻整流二極管SBD( 即肖特基二極管) 構(gòu)成的整流電路整流， 再經(jīng)LC濾波電路濾波后輸出直流電壓， 輸出端的分流器對(duì)輸出進(jìn)行采樣， 傳送到控制電路進(jìn)行控制調(diào)節(jié)， 輸出穩(wěn)定的電壓。

　　1.2 控制電路

　　控制電路是開關(guān)電源穩(wěn)定工作的重要保證， 選取UC3825作為控制芯片， 它由振蕩器、PWM 比較器、PWM 鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)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、欠壓鎖定等組成。

　　UC3825最高開關(guān)頻率可達(dá)到1MH z, 輸出脈沖最大傳輸延遲時(shí)間為50 ns, 具有軟啟動(dòng)控制和欠壓鎖定等功能， 應(yīng)用UC3825的功能設(shè)計(jì)開關(guān)電源的控制電路， UC3825的2個(gè)脈沖輸出端為開關(guān)管IGBT提供PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 交替輸出脈沖。因此， 每個(gè)輸出端輸出脈沖的頻率是振蕩器頻率的1 /2, 振蕩器的頻率為200 kH z, 所以輸出PWM 脈沖的頻率為100 kH z, 輸出脈沖占空比在0% ~ 50%以內(nèi)調(diào)整， 為了避免橋臂短路， 常設(shè)置死區(qū)時(shí)間， 因此實(shí)際應(yīng)用中一般達(dá)不到50%。UC3825的4、6、11、14腳的波形如圖2所示， 11、14腳波形經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路輸出耦合至IGBT 的柵極， 控制IGBT的開通和關(guān)斷。開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

　　在實(shí)際應(yīng)用中， IGBT的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)IGBT的工作好壞具有相當(dāng)大的影響， 因此， 驅(qū)動(dòng)電路要具有幾點(diǎn)要求： 能提供合適的正反向電壓， 保證管子可靠的開通和關(guān)斷; 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng); 信號(hào)傳輸基本無(wú)延時(shí)， 提高工作速度; 當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)， IGBT能實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷， 對(duì)管子進(jìn)行過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。使用的驅(qū)動(dòng)電路能夠提供+ 15 V 和- 15 V的正向和反向電壓， 開通和關(guān)斷延時(shí)控制在1u s內(nèi)， 且具有過(guò)壓和短路保護(hù)， 另外， 具有故障軟關(guān)斷功能。