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1、低压人电流开关电源的设计李彦锋，刘晨阳(浙江大学，浙江杭州310027)摘要：随着计算机、通信技术的发展，低电压大电流开关电源成为目前一个重要的研究课题。介绍了一种输出电压为3.3V,输出电流为20A的开关电源的设计过程。关键词：有源钳位；同步整流；正激式变换器1引言开关电源是利用现代电力电了技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。从上世纪90年代以來开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。随着电源技术的发展，低电压，人电流的开关电源因英技术含量高，应用广，越来越受到人
2、们重视。在开关电源中，正激和反激式有着电路拓扑简单，输入输出电气隔离等优点，广泛应川丁•中小功率电源变换场合。跟反激式相比，正激式变换器变压器铜损较低，同时，正激式电路副边纹波电压电流衰减比反激式明显，因此，一般认为正激式变换器适用在低压，大电流，功率较大的场合。2基本技术2.1有源钳位技术正激DC/DC变换器其同有缺点是功率晶体管截止期间高频变压器必须磁复位。以防变压器铁心饱和，因此必须釆川专门的磁复位电路。通常采用的复位方式有三种，即传统的附加绕组法、RCD钳位法、有源钳位法。三种方法各有优缺点：磁复位绕组法正激变换器的优点是技术成熟可靠，磁化能量可无损地冋馈到直流电路中去，可
3、是附加的磁复位绕组使变斥器结构复杂化，变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路來抑制，占空比ZK0.5,功率开关管承受的电压应力与输入电源电压成正比。RCD钳位正激变换器的优点是磁复位电路简单，占空比D可以大于0.5,功率开关管承受电压应力较低，但人部分磁化能量消耗在钳位电阻中，因此它一般适川丁-变换效率不高且价廉的电源变换场合。有源钳位技术是三种技术中效率最高的技术，它的电路图如图1所示，工作原理如图2所示。在〃时段Z前，开关管&导通，激磁电流几为负，即从Q通过，流向Tr,在刃阶段,开关管S的驱动脉冲％使其导通，同时4沪0,使Si关断,在仏的作用下,激磁电流由负变正，原边功率
4、通过变压器传到副边，给输出端电感/充电；在(1-)9)7^时段，仏二0,S关断，如到來使S「导通，人通过Si的反并二极管向G充电，在G和T「漏感构成的谐振电路的作用下，几由正变负，变压器反向激磁。从以上分析中可以看出：有源钳位正激变换器变圧器铁心工作在双向对称磁化状态，提高了铁心利川率，钳位电容的稳态电压随开关占空比而口动调节,因而占空比可大于50%；匕一定时，主开关、辅助开关应力随沧的变化不大；所以，在占空比和开关应力允许的范围内，能够适应较大输入电压变化范围的情况。不足Z处是增加了一个管子，使得电路变得复杂。图1有源钳位同步整流正激式电路图图2有源钳位电路工作原理图2.2同步整
5、流技术在低电压大电流功率变换器中，若采用传统的普通二极管或肖特基二极管整流由于其正向导通压降丿、：(低压硅二极管正向压降约0.7V,肖持基二极管正向压降约0.45V,新型低电压肖特基二极管可达0.32V),整流损耗成为变换器的主耍损耗,无法满足低电压大电流开关电源高效率，小体积的需要。MOSFET导通时的伏安特性为一线性电阻,称为通态电阻鳳,低压M0SFET新器件的通态电阻很小,如:IRL3102(20V,61A)、IRL2203S(30V,116A)、IRL3803S(30V,100A)通态电阻分别为0.013Q、0.007Q和0.006Q,它们在通过20A电流时,通态压降不到0
6、.3V。另外，功率MOSFET开关时间短,输入阻抗高，这些特点使得MOSFET成为低电压大电流功率变换器首选的整流器件。功率HOSFET是一种电压型控制器件，它作为整流元件时，要求控制电压与待整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称为同步整流电路。图1为典盘的降压世“同步”开关变换器电路(当电路屮无SR时，为“普通”的降压型开关变换器电路)。3电路的设计所设计的屯源参数如下：输入电压为50(l±10%)V,输出电压为3.3V,电流为20A,工作频率为lOOkHzo采用的主电路拓扑如图1所示。山于有源钳位采用的是FLYBACK型钳位电路，它的钳位电容电压为:所选用的控制IC芯片为
7、UC3844,它的故大占空比为50%,所以电容上的电压最大为人，电容耐压为60V以上，只要选取足够大即可保证电路能正常工作，本电路所选取的钳位电容为47uF/100V。有源钳位管3的驱动必须跟变压器原边的地隔离开,而且5的驱动信号必须跟开关管S驱动信号反相，使用UCC3580可以实现两个管子的驱动，可是这个芯片并不常见，因而这里选用UC3844跟1R2110组介。LC3844111來的控制信号用來作为TR2110的低端输入，其反相信号作为TR2110的高端输入，IR2
