基于UC3846的大功率DC/DC变换器的研究

图3 UC3846的内部结构方框图

UC3846具有快速保护功能，它与电流取样电路延时关断不同。保护功能脚（脚16）经检测放大器接晶闸管的门极，当电路发生异常出现过流，使脚16电位上升到0.35V，保护电路动作，晶闸管导通，使脚1电平被拉至接近地电平，电路进入保护状态，输出脉冲封锁。

3 大功率DC/DC变换器的实现

3.1 DC/DC变换器主电路

由于该DC/DC变换器的输入电压较高，主电路选取半桥式拓扑，如图4所示。V₁，V₂，C₃，C₄和主变压器T组成半桥式DC/DC变换电路。CT为初级电流检测用的电流互感器。C₅为防止变压器偏磁的隔直电容。变压器的副边采用全波整流加上两级滤波以满足低输出纹波的要求。R₁，C₁，R₂，C₂，R₅，C₆和R₆，C₇为吸收电路。R₃和R₄起到保证电容C₃及C₄分压均匀的作用。电阻R₇和R₈为输出电压的采样电阻。

图4 DC/DC变换器主电路

3.2 控制电路

以UC3846为主要元器件组成的半桥式开关电源的控制电路如图5所示。

图5 控制电路

图中，R₁及C₁构成振荡器，振荡频率f=。为了防止主电路中V₁和V₂同时导通，要设定开关管都关断的死区时间。死区时间由振荡器的下降沿决定，该电路的死区时间t_d=145C₁[12/(12－3.6/R₁)]。R₂及C₂组成斜坡补偿网络，以保证控制电路的稳定。C₅实现软启动。由图3可以看出脚1的电位0.5V时无脉宽输出。如图5所示，脚1经电容C₅到地，开机后随着电容的充电，当电容电压高于0.5V时才有脉宽输出，并随着电容电压的升高脉冲逐渐变宽，完成软启动功能。对主电路来的反馈电压，由C₃及R₅和电压误差放大器组成了电压环的PI调节器。另外，系统还有较完善的保护电路。

当系统输入电压过压或者欠压时（过/欠压判断电路略），可使图5中的过/欠压输入端为低电平，光耦OP₁输出高电平，因此，就会通过加速电容C₆和二极管D₆对UC3846的脚16施加正脉冲，从而使图3所示的UC3846芯片内部晶闸管导通，通过内部电路使脚1电平被拉至接近地电平，电路进入保护状态，UC3846芯片输出脉冲封锁。另外，光耦OP₁输出的高电平使三极管Q407饱和导通接地。由于电容C₆的加速作用，三极管Q407比前述晶闸管导通稍微迟后。由于三极管的导通压降小于晶闸管的导通压降，晶闸管不能维持导通即晶闸管恢复关断。当过/欠压故障消除后，三极管Q407截止，系统重新输出脉冲。

当过流或者过载时，比较器LM393输出低电平，光耦OP₂输出高电平，通过D₇加在脚16，同样会封锁脉冲输出。由于晶闸管维持导通，所以系统当不过流不过载时，必须重新启动才能有脉冲输出。

3.3 驱动电路

IGBT是一种电压控制型器件，与电流控制型器件（如GTR）比较,IGBT具有驱动功率小、开关速度快的特点，因此，近年来IGBT在变流技术中的应用得到了迅猛发展。IGBT有专用的驱动芯片，如富士公司的EXB851及EXB841，三菱公司的M57959L等，这些驱动电路具有开关频率高、驱动功率大、过流保护等优点，但都必须加额外的驱动电源，并且价格高，使设备成本大大提高。而脉冲变压器具有体积小、价格便宜、不需要额外的驱动电源，因而得到广泛的应用。

但直接驱动时，由于其脉冲前沿与后沿不够陡，使得IGBT开通和关断速度受到一定的影响。图6所示的IGBT驱动电路具有开关频率高、驱动功率大、结构简单、负压关断、价格便宜等优点。IGBT容量较小时，UC3846的脚11和脚14可以直接驱动脉冲变压器。IGBT容量较大时，UC3846的驱动能力不够，V₁₁～V₁₄，D₁₁～D₁₄构成了脉冲变压器的驱动电路。D₉及D₁₀的作用主要是帮助V₁₁～V₁₄的关断，若没有D₉及D₁₀时，当PWM₁为高电平，PWM₂为低电平时，V₁₁和V₁₄导通，随后PWM₁和PWM₂均为低电平，脉冲变压器漏抗中储存的能量经D₁₂和V₁₄续流，A点电位降至－0.7V，即使PWM₁为低电平，V₁₁又导通，最终烧毁V₁₁，加上D₁₀的目的就是让电路中D₁₂和V₁₄在续流时将A点电位钳制在0V，从而有利于V₁₁或V₁₃的关断；同理，D₉的作用是有利于V₁₂或V₁₄的关断。

图6IGBT驱动电路

4 实验与结论

按照以上设计思路研制出一台工程样机。在输入直流电压为250V，负载电流为50A时，测得IGBT驱动电压波形和高频变压器原边电压波形如图7所示。该变换器具有输入过、欠压，输出过流保护等功能，输出电压的电源调整率≤1％，负载调整率≤1％，输出电压纹波50mV，满足了设计要求。

v:5V/div,t:10 μ s/div v:5V/div,t:10 μ s/div

（ a） IGBT驱 动 电 压 波 形 （ b） 高 频 变 压 器 原 边 电 压 波 形

图 7 DC/DC变 换 器 实 验 波 形