基于全橋移相控制器UC3879的開關電源設計

摘要：采用全橋移相型PWM控制器UC3879進行了300 W開關電源的設計。實驗結果表明：在開關電源的設計過程中采用全橋移相控制技術，可有效降低電磁噪聲，電源的動態響應快，通用性好，工作可靠。滿足系統控制指標，具有較強的魯棒性。
關鍵詞：UC3879；全橋移相；開關電源

電源按控制方式一般可分為線性電源和開關電源兩類。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、發熱較大、電源體積較大；開關電源以其效率高、發熱量較小、體積小、重量輕，逐漸取代了線性電源。
全橋移相的開關電源控制方式拓撲結構簡潔，控制方式簡單。在這種控制方式下：開關頻率恒定，有利于濾波器的優化設計；可實現開關管的零電壓開關，減小了開關損耗，提高了電源的工作效率；由于元器件的電壓和電流應力較小，降低了元器件的性能要求，使電源成本降低。因此，在中、大功率的開關電源設計過程中多采用全橋移相的控制方式。
筆者在此基礎上利用全橋移相技術，進行了300 W開關電源的設計。

1 設計要求
擬設計的開關電源的技術指標如下：
(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：標稱輸出電壓的±10％；
(4)額定輸出電流：12 A；
(5)負載調整度：±1％；
(6)輸出電壓紋波峰峰值：200 mVp-p；
(7)過流保護：15 A；
(8)工作溫度：-20℃～+85℃；
(9)環境濕度：相對濕度90％(35℃)。

2 開關電源的設計
由于開關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可對兩個半橋開關電路的相位進行移相控制，實現功率級的恒頻PWM控制；UC3879的4個輸出端分別驅動A／B、C／D 2個半橋，每個半橋都能進行單獨的導通延時(死區)調節，在該死區時間內確保下一個導通管的輸出電容放電完畢，為即將導通的開關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個獨立的過電流關斷電路以實現故障的快速保護。其電氣特性如下：
(1)可實現0～100％的占空比控制；
(2)開關頻率可達2 MHz；
(3)兩個半橋輸出的導通延時可單獨編程；
(4)支持欠壓鎖定功能；
(5)軟啟動控制功能；
(6)鎖定后的過流比較器在整個控制周期內均可重新啟動；
(7)適用于電壓拓撲和電流拓撲；
(8)在欠壓鎖定期間輸出自動變成低電平；
(9)啟動電流僅150μA；
(10)誤差放大器帶寬為10 MHz。
在開關電源的設計過程中，變壓器設計是整個開關電源設計的核心，對開關電源性能有決定性的影響。現將這部分設計分述如下：
2．1 變壓器設計
變壓器設計的關鍵是磁芯的選取、原邊／副邊匝數的計算。在此，為避免開關電源產生的開關噪聲對負載的干擾，選取開關頻率為36 kHz，在此開關頻率的基礎上進行變壓器的設計。
2．1．1 磁芯選擇
36 kHz開關頻率條件下：