基于全橋移相控制器UC3879的開關(guān)電源設(shè)計(jì)

摘要：采用全橋移相型PWM控制器UC3879進(jìn)行了300 W開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)過程中采用全橋移相控制技術(shù)，可有效降低電磁噪聲，電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，通用性好，工作可靠。滿足系統(tǒng)控制指標(biāo)，具有較強(qiáng)的魯棒性。
關(guān)鍵詞：UC3879；全橋移相；開關(guān)電源

電源按控制方式一般可分為線性電源和開關(guān)電源兩類。其中：線性電源的輸出紋波較小、電磁兼容性較好，但效率較低、發(fā)熱較大、電源體積較大；開關(guān)電源以其效率高、發(fā)熱量較小、體積小、重量輕，逐漸取代了線性電源。
全橋移相的開關(guān)電源控制方式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡潔，控制方式簡單。在這種控制方式下：開關(guān)頻率恒定，有利于濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)；可實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)，減小了開關(guān)損耗，提高了電源的工作效率；由于元器件的電壓和電流應(yīng)力較小，降低了元器件的性能要求，使電源成本降低。因此，在中、大功率的開關(guān)電源設(shè)計(jì)過程中多采用全橋移相的控制方式。
筆者在此基礎(chǔ)上利用全橋移相技術(shù)，進(jìn)行了300 W開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)要求
擬設(shè)計(jì)的開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)如下：
(1)輸入電壓范圍：DC 18 V～36 V；
(2)輸出電壓：DC 24 V；
(3)輸出電壓微調(diào)：標(biāo)稱輸出電壓的±10％；
(4)額定輸出電流：12 A；
(5)負(fù)載調(diào)整度：±1％；
(6)輸出電壓紋波峰峰值：200 mVp-p；
(7)過流保護(hù)：15 A；
(8)工作溫度：-20℃～+85℃；
(9)環(huán)境濕度：相對濕度90％(35℃)。

2 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)
由于開關(guān)電源輸出的功率較大，所以采用全橋移相的控制方式。電源主控芯片選用TI公司的全橋移相型PWM控制器UC3879，UC3879可對兩個(gè)半橋開關(guān)電路的相位進(jìn)行移相控制，實(shí)現(xiàn)功率級的恒頻PWM控制；UC3879的4個(gè)輸出端分別驅(qū)動(dòng)A／B、C／D 2個(gè)半橋，每個(gè)半橋都能進(jìn)行單獨(dú)的導(dǎo)通延時(shí)(死區(qū))調(diào)節(jié)，在該死區(qū)時(shí)間內(nèi)確保下一個(gè)導(dǎo)通管的輸出電容放電完畢，為即將導(dǎo)通的開關(guān)管提供零電壓開通條件；UC3879可工作在電壓模式和電流模式下，并具有1個(gè)獨(dú)立的過電流關(guān)斷電路以實(shí)現(xiàn)故障的快速保護(hù)。其電氣特性如下：
(1)可實(shí)現(xiàn)0～100％的占空比控制；
(2)開關(guān)頻率可達(dá)2 MHz；
(3)兩個(gè)半橋輸出的導(dǎo)通延時(shí)可單獨(dú)編程；
(4)支持欠壓鎖定功能；
(5)軟啟動(dòng)控制功能；
(6)鎖定后的過流比較器在整個(gè)控制周期內(nèi)均可重新啟動(dòng)；
(7)適用于電壓拓?fù)浜碗娏魍負(fù)洌?br /> (8)在欠壓鎖定期間輸出自動(dòng)變成低電平；
(9)啟動(dòng)電流僅150μA；
(10)誤差放大器帶寬為10 MHz。
在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)過程中，變壓器設(shè)計(jì)是整個(gè)開關(guān)電源設(shè)計(jì)的核心，對開關(guān)電源性能有決定性的影響。現(xiàn)將這部分設(shè)計(jì)分述如下：
2．1 變壓器設(shè)計(jì)
變壓器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是磁芯的選取、原邊／副邊匝數(shù)的計(jì)算。在此，為避免開關(guān)電源產(chǎn)生的開關(guān)噪聲對負(fù)載的干擾，選取開關(guān)頻率為36 kHz，在此開關(guān)頻率的基礎(chǔ)上進(jìn)行變壓器的設(shè)計(jì)。
2．1．1 磁芯選擇
36 kHz開關(guān)頻率條件下：