本文設(shè)計(jì)了一款基于UC3846的推挽正激DC—DC變換器，分析了變換器的電路控制原理。樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)波形及數(shù)據(jù)表明該變換器克服了傳統(tǒng)推挽電路的不足，具有變換效率高，功率開關(guān)管電壓尖峰小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。

0.引言

推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為升壓電源最常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如：聯(lián)能和協(xié)欣），適用于低壓大電流電路。推挽變換器電路結(jié)構(gòu)簡單，其高頻變壓器磁亦是雙向磁化，而且對(duì)變壓器的繞制要求較高，必須具有良好的對(duì)稱性。變壓器的磁芯偏磁對(duì)器件參數(shù)的一致性和驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈寬的一致性提出了較高的要求，同時(shí)控制方式也要求采用電流型控制方案，增加電路的復(fù)雜性和難度。但是高頻變壓器上直接施加輸入電壓，因而只用兩個(gè)功率開關(guān)管便能獲得較大的功率輸出，而且兩路驅(qū)動(dòng)電路無需隔離，因此驅(qū)動(dòng)電路可以簡化。這是推挽電路最明顯的優(yōu)點(diǎn)。但推挽電路也有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)原邊線圈的漏感能量釋放網(wǎng)難，而且，會(huì)在開關(guān)管上形成關(guān)斷尖峰，易導(dǎo)致開關(guān)管損壞。二是器件或電路的不對(duì)稱會(huì)引起磁芯偏磁，導(dǎo)致磁芯飽和。本設(shè)計(jì)的主拓?fù)洳捎幂^為新穎的推挽正激電路，與推挽電路相比，推挽正激電路在推挽變壓器初級(jí)兩個(gè)繞組的同名端增加了箝位電容Co。

1.推挽正激DC—DC變換器硬件電路的設(shè)計(jì)

1．1新型推挽正激電路

針對(duì)推挽電路兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的主電路采用新型推挽正激電路，是在以往的推挽變壓器初級(jí)兩個(gè)繞組的同名端增加了箝位電容Co，推挽電路的工作性能因Co的加入而得到很大改善。推挽正激電路如圖1所示。

工作模態(tài)1：開關(guān)管Q1和O2截止（保持），箝位電容c1被充電到Vi，電位左正右負(fù)。

工作模態(tài)2：開關(guān)管Q1導(dǎo)通，Q2截止，v1通過Q1和高變初級(jí)線圈Wpl形成回路。同時(shí)，電壓下正上負(fù)的箝位電容c1通過高變初級(jí)線圈Wp2和開關(guān)管Q1形成回路。高變初級(jí)Wp1和Wp2同時(shí)向次級(jí)傳輸功率。

工作模態(tài)3：開關(guān)管Q1截止，02導(dǎo)通，V1通過高變初級(jí)線圈Wp2和Q2形成回路。同時(shí)，電壓下正上負(fù)的箝位電容c1通過開關(guān)管Q2和高變初級(jí)線圈Wpl形成回路。高變初級(jí)Wpl和Wp2同時(shí)向次級(jí)傳輸功率。

新型推挽正激變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：有效抑制開關(guān)管的電尖峰、提高下作效率、抑制磁芯偏磁、減小輸入電流脈動(dòng)等。

1．2控制電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)利用電流型控制技術(shù)，并采用雙環(huán)控制方法。如圖2所示，電壓環(huán)Pnf算實(shí)現(xiàn)電壓外環(huán)控制，可以保證輸穩(wěn)，保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。電流環(huán)實(shí)現(xiàn)電流內(nèi)環(huán)控制，可以加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。采樣電路采樣輸m電壓和電流，通過電壓PID調(diào)節(jié)和電流PID調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)恒和限流控制。

本設(shè)計(jì)采用電流模式集成芯片UC3846來實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制功能，UC3846可以實(shí)現(xiàn)雙環(huán)控制，一個(gè)由接收輸出電壓采樣信號(hào)的誤差放大器構(gòu)成電樂外環(huán)和一個(gè)南接收初級(jí)峰值電流采樣信號(hào)的PWM比較器構(gòu)成內(nèi)環(huán)。峰值電流采樣信號(hào)需通過采樣電阻將其轉(zhuǎn)換為階梯斜坡電壓。

如圖3所示，本設(shè)計(jì)利用初級(jí)峰值電流通過UC3846的3、4腳限制峰值功率。通過UC3846的內(nèi)部運(yùn)放（5、6、7腳）實(shí)現(xiàn)恒樂控制。通過外加運(yùn)放的PID調(diào)節(jié)作拉低5腳的基準(zhǔn)電壓，可實(shí)現(xiàn)恒流控制。這種控制方法，恒精度高，但是，電流調(diào)節(jié)速度慢于電調(diào)節(jié)速度。而且，由于外同器件的溫漂，恒流點(diǎn)易受溫度影響。此控制，適用于穩(wěn)壓要求高的電路，比較適合帶阻性和感性的負(fù)載。

2．保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

2．1輸入過恢壓保護(hù)電路

當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓過高或者電壓不足時(shí)，可使圖4中的過／欠壓輸入端置低電平，同時(shí)光耦2705置為高電平，使其輸出高電平。因此，UC3846的腳16就會(huì)被加速電容c6和二極管D6施加正脈沖，從而使UC3846芯片內(nèi)部品閘管導(dǎo)通。南UC3846自帶的保護(hù)電路使引腳l為低電平，經(jīng)檢測電路后使得電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，UC3846芯片輸封鎖脈沖。

還有就是，當(dāng)2705輸出高電平時(shí)，一極管飽和接通使電路支路接地。電路中有電容C6的存在，使得電路加速，而極管的導(dǎo)通會(huì)推遲。三極管的導(dǎo)通壓降比品閘管的要小，所以品閘管不能連續(xù)導(dǎo)通，即晶閘管恢復(fù)火斷。當(dāng)過／欠壓故障消除后，系統(tǒng)最新輸出脈沖。

2．2輸入過流，過載保護(hù)電路

當(dāng)電路巾檢測到電流過大、負(fù)載過載的信號(hào)時(shí)，比較器LM2903就會(huì)輸出低電平，光耦2705同時(shí)輸出高電平，經(jīng)D7加在控制電路的引腳16上，也會(huì)使得脈沖輸出封鎖。電路由晶閘管維持導(dǎo)通，只有當(dāng)系統(tǒng)電流在正常輸入范圍內(nèi)且不過載時(shí)，系統(tǒng)重新輸出啟動(dòng)信號(hào)有脈沖輸出。輸入過流／過載保護(hù)電路如圖5所示。

3．實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照以上設(shè)計(jì)思路研制出一臺(tái)工程樣機(jī)，輸入電壓為DC2OV一32V，額定24V，輸出電壓為DC360±10V，額定功率為3KW，峰值功率為4．5KW。在不同負(fù)載下做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與波形如下圖。

（1））負(fù)載：RL=28歐姆板型負(fù)載；輸入：Vi=24V，li=ll8A，Pi=2802W；輸出：V0：264V，1o=10A，Po=2628．1W；效率：y=94％，Pc=174．1W。測試波形如圖6所示

（2）負(fù)載：RL=60歐姆板型負(fù)載；輸入：Vi=24．64V，Ii=50．27A，Pi=1238．7w；輸出：Vo=263．3V，Io-4．32A，Po=l137．5W；效率：y=91．83％，Pc=101W。測試波形如同7所示。

（3）負(fù)載：RL=260歐姆板型負(fù)載；輸入：Vi=25．127V，li=12．87A，Pi=323．4W；輸出：vf263．3V，Io=0．98A，Po=258W；效率：y=80％，Pc=65．4W。測試波形如同8所示。

（4）滿載時(shí)，輸出紋波如圖9所示。

4．結(jié)論

由以上分析可知，該變換器當(dāng)輸出2．6KW時(shí)，變換效率達(dá)到94％，并可得到穩(wěn)定的輸出電壓，其最大輸出波紋小于l％，設(shè)計(jì)了過溫關(guān)斷、過，欠壓保護(hù)電路、輸入過流／過載保護(hù)電路，提高了電路的安全可靠性能。在低壓輸入功率較大的場合，具有重要的適用價(jià)值。