《一种实用BOOST电路UC3842升压》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种实用BOOST电路UC3842升压（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、个人资料整理 仅限学习使用一种实用的BOOST电路_UC3842 升压设计0引言在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计，对于较大的功率输出，如70W 以上的DC/DC升压电路,由于专用升压芯片内部开关管的限制,难于做到大功 率升压变换，而且芯片的价格昂贵，在实际应用时受到很大限制。考虑到 Boost 升压结构外接开关管选择余地很大，选择合适的控制芯片，便可设计出大功率输 出的DC /DC升压电路。UC3S42是一种电流型脉宽调制电源芯片，价格低廉，广泛应用于电子信息 设备的电源电路设计,常用作隔离回扫式开关电源的控制电路,根据UC3842的 功能特点,结合Boost拓扑结构,完全可设计成电流型
2、控制的升压 DC / DC电路, 且外接元器件少，控制灵活,成本低,输出功率容易做到100W以上,具有其他专 用芯片难以实现的功能。1 UC3842 芯片的特点UC3842工作电压为1630V,工作电流约15mA。芯片内有一个频率可 设置的振荡器。一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构，特别适用于MoSFET的驱动。一个固定温度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传 感器。具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器,最大占空比可达100 %。另外，具有内部保护功能，如滞后式欠压锁定、可控制的 输出死区时间等。由UC3842设计的DC/ DC升压电路属于电流型控制，电路中直
3、接用误差 信号控制电感峰值电流，然后间接地控制PWM脉冲宽度。这种电流型控制电路 的主要特点是：1输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化，电感电流自动调整而不需要 误差放大器输出变化，改善了瞬态电压调整率。2电流型控制检测电感电流和开关电流，并在逐个脉冲的基础上同误差放 大器的输出比较，控制PWM脉宽，由于电感电流随误差信号的变化而变化，从而 更容易设置控制环路，改善了线性调整率。3简化了限流电路,在保证电源工作可靠性的同时，电流限制使电感和开关 管更有效地工作。4电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿，因为,平均电感电流大小是决定输出大小的因素，在占空比不同的情况下，峰值电感电流的变化不
4、能 与平均电感电流变化相对应，特别是占空比,50 %的不稳定性,存在难以校正的峰 值电流与平均电流的误差，即使占空比50 % ,也可能发生高频次谐波振荡，因而 需要斜坡补偿,使峰值电感电流与平均电感电流变化相一致，但是,同步不失真的 斜坡补偿技术实现上有一定的难度。2 Boost电路结构及特性分析2.1由UC3842 作为控制的Boost 电路结构由UC3842控制的Boost拓扑结构及电路分别如图1和图2所示。b5E2RGbCAP# / 11图1UC3842控制的DC/DC升压电路结构(1 UC3842 !CCOMPVrefs=VniV 鼎7/1-1 伯Vo6 rr ,j:Ri/Cl GND
5、JL1Ctr十/ /L的速度释放到输出电容器 C2中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少通过电感电流的 峰值来控制。整个稳压过程由二个闭环来控制，即闭环1输出电压通过取样后反馈给误差放大器，用于同放大器内部的2.5V 基准电压比较后产生误差电压，误差放大器控制由于负载变化造成的输出电压的 变化。闭环2 Rs为开关管源极到公共端间的电流检测电阻，开关管导通期间流经电感L的电流在Rs上产生的电压送至PwM比较器同相输入端，与误差电压进 行比较后控制调制脉冲的脉宽，从而保持稳定的输出电压。误差信号实际控制着 峰值电感电流。2.2 Boost升压结构特性分析Boost升压电路，可以工作在
6、电流断续工作模式（DCM和电流连续工作模 式（CCM 。 CCM工作模式适合大功率输出电路，考虑到负载达到10%以上时, 电感电流需保持连续状态，因此，按CCM工作模式来进行特性分析。Boost拓扑结构升压电路基本波形如图 3所示。plEanqFDPwh屯用波形流波形电感上电扼波形整流二械行D电流波卄2输出电梓（勺电流波形图3 Boost升压电路基本波形ton时,开关管S为导通状态，二极管D处于截止状态，流经电感L和开关管 的电流逐渐增大，电感L两端的电压为Vi,考虑到开关管S漏极对公共端的导通 压降Vs,即为Vi-Vs。ton时通过L的电流增加部分 ILon满足式（1。DXDiTa9E3d式
7、中：Vs为开关管导通时的压降和电流取样电阻Rs上的压降之和，约0.60.9V。toff时,开关管S截止,二极管D处于导通状态,储存在电感L中的能量提供给输出,流经电感L和二极管D的电流处于减少状态，设二极管D的正向电压为Vf,toff时,电感L两端的电压为Vo+Vf-Vi,电流的减少部分 ILoff满足式（2 O RTCrpUDGiT（匕 + % - %） /off（A h 顾二j 2 ）式中：Vf为整流二极管正向压降，快恢复二极管约0.8V,肖特基二极管约0.5V o在电路稳定状态下，即从电流连续后到最大输出时， ILon= ILoFf,由式 （1 和（2 可得 5PCzVD7HxA（3）因
8、占空比。二如/7即最大占空比D呎Dn&x匕+ %-以 K（4）如果忽略电感损耗，电感输入功率等于输出功率，即Kx由式（4和式（5得电感器平均电流L、1 -D（5）（6）同时由式（1得电感器电流纹波（7）（8）（匕一匕）DLf式中：f为开关频率。为保证电流连续，电感电流应满足/(ave) /, / 2考虑到式（6、式（7和式（8,可得到满足电流连续情况下的电感值为-D)Aj mir/*（9）另外,由Boost升压电路结构可知,开关管电流峰值ls（max-:二极管电流峰值Id（max=电感器电流峰值ILP, jLBHrnAILgIlv = fu $ “ + (A /e/2 )(10)开关管耐压血佃
9、）=K + K(11)二极管反向耐压K = K - K(12)3样机电路设计样机的电路图如图2所示,是基于UC3842控制的升压式DC/DC变换 器。电路的技术指标为：输入 Vi=18V,输出Vo=40V、lo=2A,频率f49 kHz,输出纹波噪声1 %。根据技术指标要求，结合Boost电路结构的定性分析，对图2的样机电路设 计与关键参数的选择进行具体的说明。3.1储能电感L根据输入电压和输出电压确定最大占空比。由式（4得XHAQX74J0X匕一匕40 - 1840=0. 55当输出最大负载时至少应满足电路工作在CCM模式下,即必须满足式（9,LN2(认-匕)D(1 -D)2 x (冷- 9
10、)x0. 55x(1-455)2 X 49000=86 pH同时考虑在10%额定负载以上电流连续的情况，实际设计时可以假设电路 在额定输出时,电感纹波电流为平均电流的20 % 30 % ,因增加 IL可以减小电 感L,但为不增加输出纹波电压而须增大输出电容C2,取30 %为平衡点,即LDAYtRyKfE人=3( % x /jave)=30% xT=d(13)2=30% x :n= L 33 A1 一 U. W由式(7)、式(13)可得,(y厂以)D (18-0.9)xo. 55“ fIL =辺 =1.33 x49000144 诃流过电感J的峰值电流由式(10)得Zip= Ilm +(AA/2)
11、二 1. 151 一 D2=L 15 x -A cc - 5. 11 A1 U. 33L可选用电感量为140200订 且通过5A以上电流不会饱和的电感器。 电感的设计包括磁芯材料、尺寸、型号选择及绕组匝数计算、线径选用等。电 路工作时重要的是避免电感饱和、温升过高。磁芯和线径的选择对电感性能和 温升影响很大，材质好的磁芯如环形铁粉磁芯，承受峰值电流能力较强，EMI低。 而选用线径大的导线绕制电感，能有效降低电感的温升。3.2 输出电压取样电阻 R1、R2因UC3842的脚2为误差放大器反向输入端，芯片内正向输入端为基准 2.5v,可知输出电压Vo=2.5(1+R1/R2,根据输出电压可确定取样
12、电阻R1、R2的取值。由于储能电感的作用，在开关管开启和关闭时会形成大的尖峰电流，在检测 电阻Rs上产生一个尖峰脉冲,为防止造成UC3842的误动作,在Rs取样点到 UC3842的脚3间加入R、C滤波电路,R、C时间常数约等于电流尖峰的持续 时间。3.3开关管S开关管的电流峰值由式(10得lv(max=ILP=5.11A开关管的耐压由式(11得Vds(off=Vo+Vf=40+0.8=40.8V按20 %的余量，可选用6A /50V以上的开关管。为使温升较低，应选用 Rds较小的MOS开关管,要考虑的是通态电阻Rds会随PN结温度T1的升高 而增大。图4为实测开关管的开关电压波形和电流瞬态波形
13、图。八.VDT40? * 0. 55厂八厂八八- AFJ. _ 40 x |% x 2 x 49000卩卜4Zzz6ZB2Ltk个人资料整理 仅限学习使用# / 11Tek Rmi: lO.OMS s Sample(a)轻載0.3 A时开关管漏极电压和流经电流Fek Run; 10 OMS s SampleA:48,78kHz3.4输出二极管D和输出电容器C2升压电路中输出二极管D必须承受和输出电压值相等的反向电压，并传导负载所需的最大电流。二极管的峰值电流 ld(max=ILP=5.11A,本电路可选用6A/50V以上的快恢复二极管,若采用正向压降低的肖特基二极管，整个电路的效率将得到提高。输出电容C2的选定取决于对输出纹波电压的要求，纹波电压与电容的等效 串联电阻ESR有关，电容器的容许纹波电流要大于电路中的纹波电流。电容的 ESR Vo/ IL=40x1%/1.33=0.3 Q 。另外,为满足输出纹波电压相对值的要求,滤波电容量应满足dvzfvkwMIl(14)Vf;DT402 xp 55AFX = 40 x 1% x 2x49000根据计算出的ESR值和容量值
