拿下“大工程” 做一個(gè)UC3843的Boost升壓模塊

一、學(xué)習(xí)UC3843芯片

網(wǎng)上對(duì)UC3843系列芯片的使用講解的非常之多，只要認(rèn)真學(xué)習(xí)不難發(fā)現(xiàn)，最重要的就是吃透后搭建簡(jiǎn)單實(shí)用的電路，還有模塊功能、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和計(jì)算方法都應(yīng)該熟記于心了。

圖1 UC3843系統(tǒng)圖

1、設(shè)置PWM最大占空比和頻率

PWM脈沖由RT和CT諧振產(chǎn)生，設(shè)計(jì)RT和CT參數(shù)時(shí)，先設(shè)計(jì)最大占空比確定RT，再通過頻率確定CT的數(shù)值。PWM波形的最大占空比僅由RT函數(shù)確定，為了保護(hù)電路可以通過限制最大占空比來實(shí)現(xiàn)，(比如Boost電路中設(shè)置最大占空比為50%，那么輸出電壓最大值就不可能超過輸入電壓的50%)公式如下所示：

公式中已知量VRT/CT(valley)= 1.2V，VRT/CT(peak)= 2.8V，Vref= 5V，Idischg= 8.3mA，RT為諧振電阻。以Boost電路為例，為防止輸出電壓過高，設(shè)定Dmax<70%，于是電阻就選擇了比較常見的RT=1KΩ，Dmax=64.2%。

表1 RT與Dmax關(guān)系表

根據(jù)頻率選擇恰當(dāng)?shù)碾娮?，要求PWM適當(dāng)高些大于50KHz，可以減小電感量，找到0.8上的第二根水平線與50K豎直線的交叉處，估算到CT應(yīng)該大于10nF，估計(jì)在15nF以上，查看電容情況，挑選比較接近的22nF的電容，CT=22nF。

圖2 頻率設(shè)置曲線圖

估算完畢后，依據(jù)公式核算。

基于MAX5051的參考設(shè)計(jì)

MAX5051是一款鉗位式、雙開關(guān)電源控制器IC。這款控制芯片可應(yīng)用于正激或反激結(jié)構(gòu)，輸入電壓范圍是11V至76V。它針對(duì)各種可能的故障提供全面的保護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高度可靠的電源。當(dāng)與副邊同步整流器配合工作時(shí)，電源效率很容易達(dá)到92% (+3.3V輸出電源，工作于48V總線)；集成的高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器可為兩個(gè)外部N溝道MOSFET，提供峰值在2A以上的柵極驅(qū)動(dòng)電流；低啟動(dòng)電流降低了啟動(dòng)電阻上的功率損耗，帶有前饋控制的電壓模式控制方案可提供優(yōu)異的線路抑制，同時(shí)又避免了傳統(tǒng)的電流模式控制方案的缺陷。

MAX5051電源控制器可以在主側(cè)或副側(cè)并聯(lián)工作，必要時(shí)可用來設(shè)計(jì)冗余電源系統(tǒng)。當(dāng)主側(cè)并聯(lián)工作時(shí)，通過專用引腳可同時(shí)喚醒或關(guān)斷所有并聯(lián)單元，以防止在啟動(dòng)或故障情況下發(fā)生電流失衡。MAX5051通過產(chǎn)生一路超前信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)副邊同步MOSFET，以避免副邊同步整流管和續(xù)流管的同時(shí)導(dǎo)通。利用特有的主側(cè)同步輸入/輸出引腳，可使兩個(gè)主側(cè)電路相差180°工作，增加輸出功率并降低輸入紋波電流。

Maxim電源部制作了一款基于MAX5051的隔離電源模塊，我們將該電源模塊與市場(chǎng)上流行的電流模式同步整流推挽電源模塊(這里我們稱其為非定制模塊)進(jìn)行了比較，從所測(cè)試的效率曲線(圖2)可以看出，基于MAX5051的模塊效率明顯提高。輕載時(shí)，比如1A輸出負(fù)載，MAX5051模塊電源的效率大于62%，而非定制模塊的效率則小于58%。在輸出功率為半載時(shí)(7.5A)，MAX5051模塊效率為92%，非定制模塊效率是88%。滿功率負(fù)載時(shí)，MAX5051模塊電源的效率仍比非定制模塊效率高出4%。從效率曲線對(duì)比，可以得出雙管正激電路能夠更好的滿足模塊電源高效率的要求。

圖2 正常輸出電壓下效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線(包括最小、正常和最大輸入電壓情況，25°C)

計(jì)算值53.4KHz，實(shí)際值53.7KHz，比較準(zhǔn)確了。另外，MAX5051控制器采用了帶有輸入前饋的電壓控制模式，可以在一個(gè)周期內(nèi)克服輸入電源的擾動(dòng)，工作原理與電流模式控制電路相同。帶有前饋的電壓模式提供了一些電流模式所不具有的顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、無(wú)最小負(fù)載要求;

2、干凈的調(diào)整斜率和更高的幅值提高了穩(wěn)定性;

3、光耦穩(wěn)定的工作電流使環(huán)路帶寬最大;

4、可預(yù)測(cè)的環(huán)路動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)化了控制環(huán)路的設(shè)計(jì);

5、從動(dòng)態(tài)響應(yīng)的圖形對(duì)比中可以看到，無(wú)論是輸出過沖，還是恢復(fù)時(shí)間，MAX5051模塊都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖3動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)比圖

總結(jié)

顯然，從電路分析和具體實(shí)驗(yàn)中可以看出，采用MAX5051的雙管正激電路可滿足現(xiàn)代模塊電源的要求，并通過帶有前饋電壓模式控制，避免傳統(tǒng)電流模式方案的缺陷，提供優(yōu)良的線路抑制。