多路独立供电的半桥变换器的设计

引言

　　随着电力电子技术的发展，电源技术被广泛应用于各个行业。对电源的要求也各有不同。本文介绍了一种功率较大，多路输出(20路及以上)并且相互独立的开关电源。

　　设计采用了AC／DC／AC／DC变换方案。一次整流后的直流电压，经过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数，再经半桥变换电路逆变后，由高频变压器隔离降压，最后整流输出直流电压。系统的主要环节为有源功率因数校正电路、DC／DC电路、功率因数校正电路、PWM控制电路和保护电路等。采用UC3854A／B控制芯片组成功率因数校正电路来提高功率因数，用新型的芯片UC3825作为控制芯片来代替SG3525，不仅外围电路简单，而且具有有容差过压限流功能，还采用了新型IR2304作为驱动芯片，动态响应快，且自带死区，防止半桥上下管直通。

　　1 有源功率因数校正电路

　　为了提高系统的功率因数，整流环节不能采用二极管整流，采用了UC3854A／B控制芯片组成功率因数校正电路。UC3854A／BUnitrode公司一种新的高功率因数校正器集成控制电路芯片，是在UC3854基础上的改进，其特点是采用平均电流控制，功率因数接近1，高带宽，限制电网电流失真≤3％。图1是由UC3854A／B控制的有源功率因数校正电路。

　　该电路由两部分组成。UC3854A／B及外围元器件构成控制部分，实现对网侧输入电流和输出电压的控制。功率部分由L2，Cs，S等元器件构成Boost升压电路。开关管S选择西门康公司的SKM75GBl23D模块，其工作频率选在35 kHz。升压电感L2为2mH／20A。C5采用两个450V／470μF的电解电容并联。为了提高电路在功率较小时的效率，所设计的PFC电路在轻载时不进行功率因数校正，当负载较大时功率因数校正电路自动投入使用。此部分控制由图1中的比较器部分来实现。R10及R11是负载检测电阻。当负载较轻时，R10及R11上检测的信号输入给比较器，使其输出端为低电平，D5导通，给ENA(使能端)低电平使UC3854A／B封锁。在负载较大时ENA为高电平才让UC3854A／B工作。D6接到SS(软启动端)，在负载轻时D6导通，使SS为低电平；当负载增大要求UC3854A／B工作时，SS端电位从零缓慢升高，控制输出脉冲占空比慢慢增大实现软启动。

　　2 主电路及控制电路

　　2．1 主电路

　　反激式电源一般用在100w以下的电路，而本电源设计最大功率达到300w，显然不适合。在功率较大的高频开关电源中，常用的主变换电路有推挽电路、半桥电路、全桥电路等。其中推挽电路用的开关器件少，输出功率大，但开关管承受电压高(为电源电压的2倍)，且变压器有6个抽头，结构复杂；全桥电路开关管承受的电压不高，输出功率大，但需要的开关器件多(4个)，驱动电路复杂；半桥电路开关管承受的电压低，开关器件少，驱动简单。根据对各种拓扑方案的电气性能以及成本等指标的综合比较，本电源选用半桥式DC／DC变换器作为主电路。图2为主电路拓扑图。

　　图2中S1、S2、C1、C2和主变压器T1构成了半桥DC／DC变换电路。MOSFET采用11NC380。电路的工作频率为80 kHz。变压器采用E55的铁氧体磁芯，无须加气隙。绕制时采用“三段式”绕法，以减小漏感。R1和R2用以保证电容分压均匀，R3、C3和R4、C4为MOS管两端的吸收电路。C5为隔直电容，用来阻断与不平衡伏秒值成正比的直流分量，平衡开关管每次不相等的伏秒值。C5采用优质CBB无感电容。Ct是电流互感器，作为电流控制时取样用。D3、D4采用快恢复二极管，经过L1和C6、C7平波滤波后输出OUT2给控制芯片供电，Rs、R6则是反馈电压的采样电阻。主变压器的输出OUT3为高频低压交流电。如图2所示，反馈电压和输出电压同一绕组，样，可以在负载变化时最大限度地保证输出电压的稳定。后级可接一个或多个多路输出的变压器，然后通过整流电路整流，这样既能保证每路输出都是独立的，又可以得到任意大小的电压。故可满足DSP等需要多路不同电压供电且精度较高的要求。