大功率可調(diào)開關(guān)電源關(guān)鍵設(shè)計(jì)

　　MC33060 控制電路和輸入調(diào)節(jié)電路分別如下圖7 和圖8 所示，選MC33060 為控制IC，其外圍器件選擇此處不再贅述，參考典型電路設(shè)計(jì)中參數(shù)選擇部分。其中比較器1 作電壓采樣，比較器2 作電流采樣。輸入可調(diào)電壓經(jīng)分壓跟隨后送入比較器的負(fù)向端作為參考電壓控制電源輸出大小。

　　圖 7 MC33060 控制電路

　　圖 8 輸入調(diào)節(jié)電路

　3.3 反相延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路

　　反相延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路如下圖8 所示。電路中驅(qū)動(dòng)芯片采用了美國(guó)International Rectifier（IR）公司的IR2110.它不僅包括基本的開關(guān)單元和驅(qū)動(dòng)電路，還具有與外電路結(jié)合的保護(hù)控制功能。其懸浮溝道的設(shè)計(jì)使其可以驅(qū)動(dòng)工作在母線電壓不高于600V 的開關(guān)管，其內(nèi)部具有欠壓保護(hù)功能，與外電路結(jié)合，可以方便地設(shè)計(jì)出過(guò)電流，過(guò)電壓保護(hù)，因此不需要額外的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流等保護(hù)電路，簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。

　　圖 8 反相延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路

　　該芯片為而輸出高壓柵極驅(qū)動(dòng)器，14 腳雙列直插，驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)為ns 級(jí)，開關(guān)頻率可從幾十赫茲到幾百千赫茲。IR2110 具有二路輸入信號(hào)和二路輸出信號(hào)，其中二路輸出信號(hào)中的一路具有電平轉(zhuǎn)換功能，可直接驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)的功率器件。該驅(qū)動(dòng)器可與主電路共地運(yùn)行，且只需一路控制電源，克服了常規(guī)驅(qū)動(dòng)器需要多路隔離電源的缺點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)。IR2110 就簡(jiǎn)易真值圖如下圖9 所示。

　　圖 9 IR2110 簡(jiǎn)易真值圖。

　　IR2110 有2 個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器，其信號(hào)取自輸入信號(hào)發(fā)生器，發(fā)生器提供2 個(gè)輸出，低側(cè)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接取自信號(hào)發(fā)生器LO，而高側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)HO 則必須通過(guò)電平轉(zhuǎn)換方能用于高側(cè)輸出驅(qū)動(dòng)器。本系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)雙管需一片IR2110 即可。

　　因驅(qū)動(dòng)雙管，且雙管不能同時(shí)導(dǎo)通，控制IC 輸出只有一路信號(hào)，則在控制IC 輸出和驅(qū)動(dòng)之間需加入反相延時(shí)電路，將控制IC 輸出的一路PWM 經(jīng)同相和反相比較器后，經(jīng)電阻R29 和R30 的上拉分別對(duì)電容C12、C13 充電產(chǎn)生延時(shí)，使得兩路PWM 具有對(duì)稱互補(bǔ)性且具有一定的死區(qū)間隔，保證主回路中兩開關(guān)管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。在電路中HIN 和LIN 標(biāo)號(hào)端得到的波形圖如下圖10 所示。

　　圖 10 反相后驅(qū)動(dòng)波形

　3.4 主回路與輸出采樣

　　主回路如圖 11 所示，采用半橋開關(guān)電路。

　　圖 11 主回路

　　根據(jù)整流后的電壓和輸入電流參數(shù)，選擇IRF840 為高頻開關(guān)管，其最大耐壓VDS 為500V，最大能承受的導(dǎo)通電流ID 為8A，滿足設(shè)計(jì)要求。工作在高頻工作狀態(tài)的續(xù)流二極管一般選用快恢復(fù)的二極管，此處選擇HFA25TB60，能承受600V 的反向壓降，最大導(dǎo)通電流為25A，且恢復(fù)時(shí)間僅為35ns.輸出部分通過(guò)兩個(gè)電阻分壓至電壓采樣電路，如下圖12 所示。

　　圖 12 電壓采樣電路

　　3.5 過(guò)流保護(hù)電路

　　過(guò)流保護(hù)電路如下圖13 所示。

　　圖 13 過(guò)流檢測(cè)電路。

　　在主回路的上端串聯(lián)一個(gè)0.33 歐姆10W 的功率電阻作為采樣電阻，當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，光耦中光敏三極管導(dǎo)通，檢測(cè)電路輸出高電平到IR2110 的SD 端，由于SD 是低電平有效、高電平關(guān)斷點(diǎn)，因此電流過(guò)大時(shí)能很好地保護(hù)電路。且如前所述，IR2110 自身帶有各種保護(hù)電路，故外圍的電流電壓保護(hù)電路可以大大簡(jiǎn)化。

　　4. 總結(jié)

　　本設(shè)計(jì)給出了在非隔離拓?fù)湎乱环N設(shè)計(jì)大功率開關(guān)電源的方法，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在主回路中采用半橋電路替代傳統(tǒng)的單管開關(guān)電路，在上管關(guān)閉時(shí)，下管的開通能更好地保證輸出續(xù)流的穩(wěn)定性，且保證功率的輸出。文中并未給出電感量的計(jì)算方法，因不是討論重點(diǎn)，可根據(jù)電路中輸出電流、電壓和開關(guān)管的RDS（MOSFET 管漏極和源極導(dǎo)通電阻）等參數(shù)來(lái)計(jì)算，實(shí)際中應(yīng)留有一定的余量值。系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定，可考慮應(yīng)用于工業(yè)電源設(shè)計(jì)中。