一種電流型DC/DC變換器的研制

    開關(guān)變換器通常采用電壓型和電流型兩種控制方式［1］。電壓型控制器只有電壓反饋控制，電流型控制器增加了電流反饋控制，電流型控制比電壓型控制的 PWM 具有許多優(yōu)點(diǎn)，它能自動(dòng)對(duì)稱校正、可實(shí)現(xiàn)逐周限流、輸出并聯(lián)工作方便、更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)及簡單的回路補(bǔ)償?shù)忍匦浴?/P>

2 高頻電流型脈寬控制器 UC3825B

    UC3825B 是高性能脈寬控制器［2］。該控制器包含精確的電壓基準(zhǔn)、微功率啟動(dòng)電路、軟啟動(dòng)、高頻振蕩器、寬帶誤帶放大器、快速電流限制比較器、雙脈沖抑制邏輯和雙圖騰柱輸出驅(qū)動(dòng)器。信號(hào)經(jīng)過電流限制和比較器，邏輯和輸出驅(qū)動(dòng)器，具有很短的傳輸延時(shí)。

    UC3825B 具有以下特點(diǎn)：適用于電壓型或電流型開關(guān)電源電路；實(shí)際開關(guān)頻率可達(dá)1MHz以上；輸出脈沖最大傳輸延遲時(shí)間為50ns；具有兩路大電流推拉式輸出，峰值電流為2A，；具有軟啟動(dòng)控制；具有逐脈沖限流比較器；具有全周期再啟動(dòng)的封鎖式過流比較器；啟動(dòng)電流很小——典型值為100mA；在欠壓鎖定期間，輸出低電平及空載電流可降低到啟動(dòng)電流值。

3 1MHz 電流型 PWM DC/DC變換器

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

輸出電壓：36V±3V

開關(guān)頻率：1MHz

輸出電壓：5V

輸出電流：20A

額定輸出功率：100W

效率：86%

3.2 電路原理框圖

    圖1為該1MHz 電流型 PWM DC/DC變換器的原理框圖；變換器的主電路原理見圖2。電流型控制電路以 UC3825B 為核心，開關(guān)頻率為1MHz；變換器采用推挽式［3］主電路 ；同步整流采用功率 MOSFET 可控整流電路；輔助電流由電阻和12V穩(wěn)壓管組成(也可采用自舉電路)，為 UC3825B 提供+12V 電源；電流采樣是取變壓器初級(jí)串聯(lián)電阻上的電壓(見圖2中電阻R)。

3.3 UC3825B 的限流和占空比控制

    變壓器初級(jí)電流流過取樣電阻R后，在R兩端產(chǎn)生正比于初級(jí)電流的電壓，該電壓經(jīng) RC 濾波加到 UC3825B 的9腳，從而實(shí)現(xiàn)逐周限流。正常工作狀態(tài)下，UC3825的9腳輸入電壓必須低于1V 門限電壓。9腳輸入電壓超過1V時(shí)，脈寬將隨之變窄。當(dāng)9腳輸入電壓超過1.4V時(shí)，輸出電流中斷，并且 UC3825B 開始軟啟動(dòng)程序。

    利用斜坡 RAMP 腳(7腳)輸入信號(hào)， UC3825B 可以實(shí)現(xiàn)電流型控制或常規(guī)的占空比控制。當(dāng)該腳接定時(shí)電容器時(shí)，UC3825B 可以實(shí)現(xiàn)占空比控制。當(dāng) RAMP 腳接電流取樣電阻時(shí)，UC3825B 可以實(shí)現(xiàn)電流型控制。在這種應(yīng)用電路中，初級(jí)電流波形經(jīng)過很小的RC濾波網(wǎng)絡(luò)后，產(chǎn)生斜坡波形。RC網(wǎng)絡(luò)的作用是斜率補(bǔ)償。該輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為1.3V，通常用來產(chǎn)生 PWM 斜率補(bǔ)償。

3.4 同步整流電路

    過去低電壓輸出的 DC/DC 開關(guān)變換器采用肖特基二級(jí)管作為同步整流管，其正向壓降約為0.4 ～0.65V，低電壓、大電流時(shí)通態(tài)功耗很大。因功率MOSFET管的正向壓降很小，所以用功率MOSFET管作為輸出的整流管。與肖特基二極管相比，用功率 MOSFET 管的優(yōu)點(diǎn)除了正向壓降很小外，還有阻斷電壓高，反向電流小等優(yōu)點(diǎn)。圖2所示為輸出全波同步整流電路。功率MOSFET管VT1、VT2為兩個(gè)整流管(VD1、VD2分別為VT1、VT2內(nèi)部反并聯(lián)二極管)。當(dāng)變壓器次級(jí)繞組同名端為正時(shí)，VT2、VD2同時(shí)導(dǎo)通，VT1、VD1阻斷 ，在L1續(xù)流期間，VT1、VT2截止，VD1、VD2同時(shí)導(dǎo)通續(xù)流；反之，當(dāng)變壓器次級(jí)繞組同名端為負(fù)時(shí)，VT1、VD1同時(shí)導(dǎo)通，VT2、VD2阻斷，在 L1續(xù)流期間，VT1、VT2截止，VD1、VD2同時(shí)導(dǎo)通續(xù)流。

    采取此功率 MOSFET 管整流電路，可以大大提高整流效率。輸出+5V/20A，采取導(dǎo)通電阻10mΩ的功率 MOSFET 管，則導(dǎo)通損耗為：

PON=10mΩ×(20A)2=4×103mW=4w

    如果采取肖特基二極管整流電路，肖特基二極管的導(dǎo)通壓降取0.6V，則導(dǎo)通損耗為：

PON=0.6V×20A=12w

    可見僅整流管損耗就減小8W，效率約能提高6%。

3.5 變壓器的制造

    初級(jí)繞組 N2與次級(jí)繞組 N4之間具有較緊密的耦合；而初級(jí)繞組 N1到初級(jí)繞組 N2之間的耦合不很嚴(yán)格。

3.6 高頻設(shè)計(jì)

    需要特別注意外部導(dǎo)體和元件的布置，減小不必要的電感和電容影響。所有的導(dǎo)線長度必須盡可能地短。印制電路板應(yīng)仔細(xì)地布置元件及其連接。功率 MOSFET 管柵極的電阻應(yīng)選碳成分的電阻，以降低串聯(lián)電感。

4 結(jié)論

    利用高頻電流型 PWM 控制器 UC3825B 研制的100W、1MHz 電流型 DC/DC 變換器在設(shè)計(jì)上完全滿足指標(biāo)要求；并且，由于采用功率 MOSFET 管全波同步整流電路，使效率高達(dá)86%；這也表明電流型控制具有許多優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

1 葉惠貞等.新穎開關(guān)穩(wěn)壓電源.北京：國防工業(yè)出版社，1999
2 王鴻麟等.現(xiàn)代通信電源.北京：人民郵電出版社，1998
3 張占松等.開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，1999