電感設(shè)計(jì)實(shí)例

1、 廣告招商廣告招商 完全兼容PIC單片機(jī)（Microchip Mcu）產(chǎn)品代理商長(zhǎng)期高價(jià)格回收工廠庫(kù)存（IC）芯片      硬件工程師手冊(cè)(全） 通用模電技術(shù)（各種類(lèi)型的電路均有） 成為L(zhǎng)ED專(zhuān)家的秘藉-基礎(chǔ)篇（LED設(shè)計(jì)必看）32 位MCU開(kāi)發(fā)全攻略（上）電子電路經(jīng)典實(shí)例日本名家電路設(shè)計(jì)1000例下載(精華) 導(dǎo)航:老古開(kāi)發(fā)網(wǎng)首頁(yè)文章索引文章分類(lèi)電源技術(shù)一種實(shí)用的BOOST電路 | -文章搜索 - 最新文章 - | 一種實(shí)用的BOOST電路發(fā)布時(shí)間:2006年7月25日點(diǎn)擊次數(shù):4518 來(lái)源:電源技術(shù)應(yīng)用   

2、;作者:陳俊粱  0 引言在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)涉及到升壓電路的設(shè)計(jì),對(duì)于較大的功率輸出,如70W以上的DCDC升壓電路,由于專(zhuān)用升壓芯片內(nèi)部開(kāi)關(guān)管的限制,難于做到大功率升壓變換,而且芯片的價(jià)格昂貴,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到很大限制?？紤]到Boost升壓結(jié)構(gòu)外接開(kāi)關(guān)管選擇余地很大,選擇合適的控制芯片,便可設(shè)計(jì)出大功率輸出的DCDC升壓電路。UC3S42是一種電流型脈寬調(diào)制電源芯片,價(jià)格低廉,廣泛應(yīng)用于電子信息設(shè)備的電源電路設(shè)計(jì),常用作隔離回掃式開(kāi)關(guān)電源的控制電路,根據(jù)UC3842的功能特點(diǎn),結(jié)合Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),完全可設(shè)計(jì)成電流型控制的升壓DCDC電路,且外接元器件少,控制靈活,成本低,輸出功

3、率容易做到100W以上,具有其他專(zhuān)用芯片難以實(shí)現(xiàn)的功能。1 UC3842芯片的特點(diǎn)UC3842工作電壓為1630V,工作電流約15mA。芯片內(nèi)有一個(gè)頻率可設(shè)置的振蕩器;一個(gè)能夠源出和吸入大電流的圖騰式輸出結(jié)構(gòu),特別適用于MoSFET的驅(qū)動(dòng);一個(gè)固定溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓和高增益誤差放大器、電流傳感器;具有鎖存功能的邏輯電路和能提供逐個(gè)脈沖限流控制的PWM比較器,最大占空比可達(dá)100。另外,具有內(nèi)部保護(hù)功能,如滯后式欠壓鎖定、可控制的輸出死區(qū)時(shí)間等。由UC3842設(shè)計(jì)的DCDC升壓電路屬于電流型控制,電路中直接用誤差信號(hào)控制電感峰值電流,然后間接地控制PWM脈沖寬度。這種電流型控制電路的主要特點(diǎn)是：

4、1)輸入電壓的變化引起電感電流斜坡的變化,電感電流自動(dòng)調(diào)整而不需要誤差放大器輸出變化,改善了瞬態(tài)電壓調(diào)整率;2)電流型控制檢測(cè)電感電流和開(kāi)關(guān)電流,并在逐個(gè)脈沖的基礎(chǔ)上同誤差放大器的輸出比較,控制PWM脈寬,由于電感電流隨誤差信號(hào)的變化而變化,從而更容易設(shè)置控制環(huán)路,改善了線性調(diào)整率;3)簡(jiǎn)化了限流電路,在保證電源工作可靠性的同時(shí),電流限制使電感和開(kāi)關(guān)管更有效地工作;4)電流型控制電路中需要對(duì)電感電流的斜坡進(jìn)行補(bǔ)償,因?yàn)?平均電感電流大小是決定輸出大小的因素,在占空比不同的情況下,峰值電感電流的變化不能與平均電感電流變化相對(duì)應(yīng),特別是占空比,50的不穩(wěn)定性,存在難以校正的峰值電流與平均電流的誤差

5、,即使占空比<50,也可能發(fā)生高頻次諧波振蕩,因而需要斜坡補(bǔ)償,使峰值電感電流與平均電感電流變化相一致,但是,同步不失真的斜坡補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有一定的難度。2 Boost電路結(jié)構(gòu)及特性分析2.1 由UC3842作為控制的Boost電路結(jié)構(gòu)由UC3842控制的Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及電路分別如圖1和圖2所示。圖2中輸入電壓Vi=1620V,既供給芯片,又供給升壓變換。開(kāi)關(guān)管以UC3842設(shè)定的頻率周期開(kāi)閉,使電感L儲(chǔ)存能量并釋放能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),電感以V1L的速度充電,把能量?jī)?chǔ)存在L中。當(dāng)開(kāi)關(guān)截止時(shí),L產(chǎn)生反向感應(yīng)電壓,通過(guò)二極管D把儲(chǔ)存的電能以(Vo-Vi)L的速度釋放到輸出電容器C2中。

6、輸出電壓由傳遞的能量多少來(lái)控制,而傳遞能量的多少通過(guò)電感電流的峰值來(lái)控制。整個(gè)穩(wěn)壓過(guò)程由二個(gè)閉環(huán)來(lái)控制,即閉環(huán)1 輸出電壓通過(guò)取樣后反饋給誤差放大器,用于同放大器內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓,誤差放大器控制由于負(fù)載變化造成的輸出電壓的變化。閉環(huán)2 Rs為開(kāi)關(guān)管源極到公共端間的電流檢測(cè)電阻,開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間流經(jīng)電感L的電流在Rs上產(chǎn)生的電壓送至PwM比較器同相輸入端,與誤差電壓進(jìn)行比較后控制調(diào)制脈沖的脈寬,從而保持穩(wěn)定的輸出電壓。誤差信號(hào)實(shí)際控制著峰值電感電流。2.2 Boost升壓結(jié)構(gòu)特性分析Boost升壓電路,可以工作在電流斷續(xù)工作模式(DCM)和電流連續(xù)工作模式(CCM)。CCM

7、工作模式適合大功率輸出電路,考慮到負(fù)載達(dá)到lO以上時(shí),電感電流需保持連續(xù)狀態(tài),因此,按CCM工作模式來(lái)進(jìn)行特性分析。Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)升壓電路基本波形如圖3所示。ton時(shí),開(kāi)關(guān)管S為導(dǎo)通狀態(tài),二極管D處于截止?fàn)顟B(tài),流經(jīng)電感L和開(kāi)關(guān)管的電流逐漸增大,電感L兩端的電壓為Vi,考慮到開(kāi)關(guān)管S漏極對(duì)公共端的導(dǎo)通壓降Vs,即為Vi-Vs。ton時(shí)通過(guò)L的電流增加部分ILon滿足式(1)。式中：Vs為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的壓降和電流取樣電阻Rs上的壓降之和,約0.60.9V。toff時(shí),開(kāi)關(guān)管S截止,二極管D處于導(dǎo)通狀態(tài),儲(chǔ)存在電感L中的能量提供給輸出,流經(jīng)電感L和二極管D的電流處于減少狀態(tài),設(shè)二極管D的正向電壓

8、為Vf,toff時(shí),電感L兩端的電壓為Vo+Vf-Vi,電流的減少部分ILoff滿足式(2)。 式中：Vf為整流二極管正向壓降,快恢復(fù)二極管約0.8V,肖特基二極管約0.5V。在電路穩(wěn)定狀態(tài)下,即從電流連續(xù)后到最大輸出時(shí),ILon=ILoFf,由式(1)和(2)可得 如果忽略電感損耗,電感輸入功率等于輸出功率,即 由式(4)和式(5)得電感器平均電流 同時(shí)由式(1)得電感器電流紋波 式中：f為開(kāi)關(guān)頻率。為保證電流連續(xù),電感電流應(yīng)滿足 考慮到式(6)、式(7)和式(8),可得到滿足電流連續(xù)情況下的電感值為 另外,由Boost升

9、壓電路結(jié)構(gòu)可知,開(kāi)關(guān)管電流峰值Is(max)=二極管電流峰值Id(max)=電感器電流峰值ILP, 3 樣機(jī)電路設(shè)計(jì)樣機(jī)的電路圖如圖2所示,是基于UC3842控制的升壓式DCDC變換器。電路的技術(shù)指標(biāo)為：輸入Vi=18V,輸出Vo=40V、Io=2A,頻率f49 kHz,輸出紋波噪聲1。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求,結(jié)合Boost電路結(jié)構(gòu)的定性分析,對(duì)圖2的樣機(jī)電路設(shè)計(jì)與關(guān)鍵參數(shù)的選擇進(jìn)行具體的說(shuō)明。3.1 儲(chǔ)能電感L根據(jù)輸入電壓和輸出電壓確定最大占空比。由式(4)得當(dāng)輸出最大負(fù)載時(shí)至少應(yīng)滿足電路工作在CCM模式下,即必須滿足式(9),同時(shí)考慮在10額定負(fù)載以上電流連續(xù)的情況,實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可以假設(shè)

10、電路在額定輸出時(shí),電感紋波電流為平均電流的2030,因增加IL可以減小電感L,但為不增加輸出紋波電壓而須增大輸出電容C2,取30為平衡點(diǎn),即 L可選用電感量為140200H且通過(guò)5A以上電流不會(huì)飽和的電感器。電感的設(shè)計(jì)包括磁芯材料、尺寸、型號(hào)選擇及繞組匝數(shù)計(jì)算、線徑選用等。電路工作時(shí)重要的是避免電感飽和、溫升過(guò)高。磁芯和線徑的選擇對(duì)電感性能和溫升影響很大,材質(zhì)好的磁芯如環(huán)形鐵粉磁芯,承受峰值電流能力較強(qiáng),EMI低。而選用線徑大的導(dǎo)線繞制電感,能有效降低電感的溫升。3.2 輸出電壓取樣電阻R1、R2因UC3842的腳2為誤差放大器反向輸入端,芯片內(nèi)正向輸入端為基準(zhǔn)2.5v,可知輸出電壓

11、Vo=2.5(1+R1R2),根據(jù)輸出電壓可確定取樣電阻R1、R2的取值。由于儲(chǔ)能電感的作用,在開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)會(huì)形成大的尖峰電流,在檢測(cè)電阻Rs上產(chǎn)生一個(gè)尖峰脈沖,為防止造成UC3842的誤動(dòng)作,在Rs取樣點(diǎn)到UC3842的腳3間加入R、C濾波電路,R、C時(shí)間常數(shù)約等于電流尖峰的持續(xù)時(shí)間。3.3 開(kāi)關(guān)管S開(kāi)關(guān)管的電流峰值由式(10)得Iv(max)=ILP=5.11A開(kāi)關(guān)管的耐壓由式(11)得Vds(off)=Vo+Vf=40+0.8=40.8V按20的余量,可選用6A50V以上的開(kāi)關(guān)管。為使溫升較低,應(yīng)選用Rds較小的MOS開(kāi)關(guān)管,要考慮的是通態(tài)電阻Rds會(huì)隨PN結(jié)溫度T1的升高而增大。

12、圖4為實(shí)測(cè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)電壓波形和電流瞬態(tài)波形圖。3.4 輸出二極管D和輸出電容器C2升壓電路中輸出二極管D必須承受和輸出電壓值相等的反向電壓,并傳導(dǎo)負(fù)載所需的最大電流。二極管的峰值電流Id(max)=ILP=5.11A,本電路可選用6A50V以上的快恢復(fù)二極管,若采用正向壓降低的肖特基二極管,整個(gè)電路的效率將得到提高。輸出電容C2的選定取決于對(duì)輸出紋波電壓的要求,紋波電壓與電容的等效串聯(lián)電阻ESR有關(guān),電容器的容許紋波電流要大于電路中的紋波電流。電容的ESR<Vo/IL=40x1/1.33=O.3。另外,為滿足輸出紋波電壓相對(duì)值的要求,濾波電容量應(yīng)滿足 根據(jù)計(jì)算出的ESR值和容

13、量值選擇電容器,由于低溫時(shí)ESR值增大,故應(yīng)按低溫下的ESR來(lái)選擇電容,因此,選用560F50V以上頻率特性好的電解電容可滿足要求。3.5 外補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)UC3842誤差放大器的輸出端腳l與反相輸入端腳2之間外接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Rf、Cf。 Rf、Cf的取值取決于UC3842環(huán)路電壓增益、額定輸出電流和輸出電容,通過(guò)改變Rf、Cf的值可改變放大器閉環(huán)增益和頻響。為使環(huán)路得到最佳補(bǔ)償,可測(cè)試環(huán)路的穩(wěn)定度,測(cè)量Io脈動(dòng)時(shí)輸出電壓Vo的瞬態(tài)響應(yīng)來(lái)加以判斷。圖5為Cf選用0.0lF和470pF時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制波形的區(qū)別,上沖下降幅度和復(fù)位時(shí)間都有差別。3.6 斜坡補(bǔ)償在實(shí)用電路中,增加斜坡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),一般有二種方法,

14、一是從斜坡端腳4接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Rx、Cx至誤差放大器反相輸入端腳2,使誤差放大器輸出為斜坡?tīng)?再與Rs上感應(yīng)的電壓比較。二是從斜坡端腳4接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Rx、Cx到電流感應(yīng)端腳3,將在Rs的感應(yīng)電壓上增加斜坡的斜率,再與平滑的誤差電壓進(jìn)行比較,作用是防止諧波振蕩現(xiàn)象,避免UC3842工作不穩(wěn)定,同時(shí)改善電流型控制開(kāi)關(guān)電壓的噪聲特性。本文采用方法二。3.7 保護(hù)電路當(dāng)UC3842的腳3電壓升高超過(guò)1V或腳1電壓降到1V以下,都可使PWM比較器輸出高電平,造成PWM鎖存器復(fù)位。根據(jù)UC3842關(guān)閉特性,可以很容易在電路中設(shè)置過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。本電路中Rs上感應(yīng)出的峰值電流形成逐個(gè)脈沖限流電路,當(dāng)腳3達(dá)到1

15、V時(shí)就會(huì)出現(xiàn)限流現(xiàn)象,所以,整個(gè)電路中的電感磁性元件和功率開(kāi)關(guān)管不必設(shè)計(jì)較大的余量,就能保證穩(wěn)壓電路工作可靠,降低成本。4 結(jié)語(yǔ)按以上原理和計(jì)算設(shè)計(jì)丁輸入18V,輸出40V的80W升壓DCDC電路,整個(gè)電路調(diào)試容易,工作穩(wěn)定,可靠性高,效率達(dá)80以上,特別是成本低,已應(yīng)用于實(shí)際設(shè)備中。另外,可根據(jù)具體的電路指標(biāo)要求,對(duì)電路靈活控制、變動(dòng),設(shè)計(jì)出其他的應(yīng)用電路。電源技術(shù) 相關(guān)文章: 電源模型及其等效變換簡(jiǎn)介:一電壓源模塊及其伏安特性電路圖如圖2-1-1(a)所示，其中us為電壓源的電壓，Rs為它的內(nèi)電阻（也稱(chēng)電壓源的輸出電阻），u和i分別為其端電壓和端電流，箭頭表示電流的參考方向（注意，對(duì)電壓源支路而言，此處u的"+"和"-"極規(guī)定與i的參考方向規(guī)定為不關(guān)聯(lián)）。圖2-1-1 電壓源模型及其伏安關(guān)系 &nbs.DC/DC變換器的發(fā)展與應(yīng)用3-2000V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源有效控制白光LED電流的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器多用途延遲開(kāi)關(guān)電源插座  下一個(gè):單片機(jī)基于單片機(jī)的具有通訊口的智能溫控表簡(jiǎn)介:1引言 溫控表已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，本文介紹的具有計(jì)算機(jī)通訊功能的智能溫控表是一種新穎的自動(dòng)化儀表，它以單片機(jī)AT89C52為核心，采用電壓頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)和RS485通信接口芯片MAX487，具有測(cè)量精度高、可靠性好、抗干擾性