脈寬調制移相全橋開關電源設計方案

近年來，隨著航空、航天和計算機事業的發展，對電源在體積、重量和效率等方面提出了越來越高的要求。開關電源就是在這種情況下發展起來的一種小型電源。它具有體積小、重量輕、頻率高、成本低、效率高等一系列優點。同時，由于它的線路簡單，可靠性高，而被廣泛地應用于航空、航天和電子計算機等方面。本文設計了一個由UC3846產生PWM進行脈寬調制的移相全橋開關電源。

　　在此電路中，輸入為AC220V電壓，經過二極管整流橋把交流電變成直流電，為了消除此直流電壓的脈動，在設計時采用了π型濾波電路。后接一個移相全橋軟開關電路，使功率管實現零電壓零電流開通和關斷，將電路在工作時的功率損耗減至最小。輸出為±23V/15A和±200V/0.8A，總功率P=2×23×15＋2×200×0.8=1010W，因此，也可以稱此開關電源為大功率開關電源。

　　變壓器的設計是該電源的一個關鍵部分，而常規設計采用一大堆繁雜的公式進行推導，運算量較大，難免造成結果錯誤。鑒于此，本文采用圖表的方法對原、副邊進行設計，并考慮開關管導通壓降等實際情況進行適當微調。

　　變壓器的工作頻率選100kHz，繞組的線徑可以選為0.5mm。根據計算，變壓器磁芯選EI－50型鐵氧體磁芯，查電子變壓器手冊可知窗口使用面積為48.97mm2，每匝電壓值為8.044V/匝。由此可得原邊匝數為29匝，副邊分別為6匝和45匝，經過實際的調試，最終確定為原邊29匝，副邊分別為5匝和44匝。在這種情況下，該開關電源運行良好。

　　應用全橋電路，要特別注意上下兩個功率管的直通問題，如果出現直通，功率管將燒毀，甚至整個電源全部毀掉。在這個開關電源中，我們采用了UC3846產生脈寬調制信號，用IR2110來驅動功率管，很好地避免了這個問題的發生。

　　由于UC3846能同時產生兩路PWM的輸出，用一塊UC3846就可以來驅動兩塊IR2110，這給設計帶來了很大的方便，這樣也可以滿足體積小的要求。UC3846的引腳及PWM產生電路如圖2所示。

　　UC3846產生的PWM信號由引腳11和14輸出來控制IR2110，由2塊IR2110來產生4個功率管的驅動信號。

　　IR2110采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS工藝制作，具有獨立的高端和低端輸出通道；邏輯輸入與標準的CMOS輸出兼容；浮置電源采用自舉電路，其工作電壓可達500V，du/dt=±50V/ns，在15V下的靜態功耗僅有1.6mW；輸出的柵極驅動電壓范圍為10～20V，邏輯電源電壓范圍為5～15V，邏輯電源地電壓偏移范圍為－5V～＋5V。IR2110采用CMOS施密特觸發輸入，兩路具有滯后欠壓鎖定。推挽式驅動輸出峰值電流≥2A，負載為1000pF時，開關時間典型值為25ns。兩路匹配傳輸導通延時為120ns，關斷延時為94ns。IR2110的腳10可以承受2A的反向電流。

　　IR2110的開通與關斷傳輸延遲時間是接近匹配的（失配時間不大于10ns），開通傳輸延遲時間比關斷傳輸延遲時間長25ns，這就保證了功率管在工作時不會發生重疊導通，為了更加安全起見，可在功率管的柵極上加一電阻與二極管網絡（如圖5中所示），這些電阻、二極管網絡可進一步延遲功率管的導通而對其關斷沒有影響，這就相當于增加了死區時間。

　　目前，該開關電源已投入使用，經過長時間運行，具有非常可靠的性能。實踐證明，開關電源具備體積小、重量輕、效率高等優點，在未來的應用中，開關電源必將占據主導地位。