山西电子技术 ２０１２年第１期 文章编号：１６７４－４５７８（２０１２）０１．０００８－０２ 应用实践 基于全桥移相控制器ＵＣ３８７９的开关电源设计 梁军龙 （国营大众机械厂第一研究所，山西太原０３００２４） 摘要：采用全桥移相型ＰＷＭ控制器ＵＣ３８７９进行了３００ Ｗ开关电源的设计。实验结果表明：在开关电源的 设计过程中采用全桥移相控制技术，可有效降低电磁噪声，电源的动态响应快，通用性好，工作可靠。满足系统控 制指标，具有较强的鲁棒性。 关键词：ＵＣ３８７９；全桥移相；开关电源 中图分类号：ＴＮ８６１ 文献标识码：Ａ 电源按控制方式一般可分为线性电源和开关电源两类。 其中：线性电源的输出纹波较小、电磁兼容性较好，但效率较 低、发热较大、电源体积较大；开关电源以其效率高、发热量 较小、体积小、重量轻，逐渐取代了线性电源。 全桥移相的开关电源控制方式拓扑结构简洁，控制方式 简单。在这种控制方式下：开关频率恒定，有利于滤波器的 优化设计；可实现开关管的零电压开关，减小了开关损耗，提 高了电源的工作效率；由于元器件的电压和电流应力较小， 条件；ＵＣ３８７９可工作在电压模式和电流模式下，并具有１个 独立的过电流关断电路以实现故障的快速保护ｌＩ］。其电气 特性如下： （１）可实现０～１００％的占空比控制； （２）开关频率可达２ ＭＨｚ； （３）两个半桥输出的导通延时可单独编程； （４）支持欠压锁定功能； （５）软启动控制功能； （６）锁定后的过流比较器在整个控制周期内均可重新 启动； 降低了元器件的性能要求，使电源成本降低。因此，在中、大 功率的开关电源设计过程中多采用全桥移相的控制方式。 笔者在此基础上利用全桥移相技术，进行了３００ Ｗ开关 电源的设计。 （７）适用于电压拓扑和电流拓扑； （８）在欠压锁定期间输出自动变成低电平； （９）启动电流仅１５０ ； １设计要求 拟设计的开关电源的技术指标如下： （１）输入电压范围：ＤＣ １８ Ｖ一３６ Ｖ； （１０）误差放大器带宽为１０ ＭＨｚ。 在开关电源的设计过程中，变压器设计是整个开关电源 设计的核心，对开关电源性能有决定性的影响。现将这部分 设计分述如下： ２．１变压器设计 （２）输出电压：ＤＣ ２４ Ｖ； （３）输出电压微调：标称输出电压的±１０％； （４）额定输出电流：１２ Ａ； （５）负载调整度：±１％； （６）输出电压纹波峰峰值：２００ ｍＶｐ—Ｐ； 变压器设计的关键是磁芯的选取、原边／副边匝数的计 算。在此，为避免开关电源产生的开关噪声对负载的干扰， 选取开关频率为３６ ｋＨｚ，在此开关频率的基础上进行变压器 的设计心］。 ２．１．１磁芯选择 （７）过流保护：１５ Ａ； （８）工作温度：一２Ｏ ｃＣ一＋８５℃； （９）环境湿度：相对湿度９０％（３５℃）。 ３６ ｋＨｚ开关频率条件下： ２开关电源的设计 由于开关电源输出的功率较大，所以采用全桥移相的控 制方式。电源主控芯片选用１＇Ｉ公司的全桥移相型ＰＷＭ控 制器ＵＣ３８７９，ＵＣ３８７９可对两个半桥开关电路的相位进行移 Ａ ＝Ａ Ａ。＝箍． ＝ （１） 、 ２ ０ ８ ３ ｘ６ １ ０ ×１ ６ＯＯ ３ ０ ５ １－２．１７． × × × ×． × 一 式中：Ａ 一磁芯面积乘积； Ａ。一磁芯有效截面积； Ａ０一窗口截面积； 相控制，实现功率级的恒频ＰＷＭ控制；ＵＣ３８７９的４个输出 端分别驱动Ａ／Ｂ、Ｃ／Ｄ ２个半桥，每个半桥都能进行单独的 导通延时（死区）调节，在该死区时间内确保下一个导通管 的输出电容放电完毕，为即将导通的开关管提供零电压开通 收稿日期：２０１１一ｏ９—２８ Ｐｒ一开关电源输出功率； 作者简介：梁军龙（１９７６一），男，河北无极县人，工程师，工作方向：自动控制。 第１期 一梁军龙：基于全桥移相控制器ＵＣ３８７９的开关电源设计 ９ 开关电源效率，在此为０．８； 一—— 一＝１３．１５． （８） 变压器的开关频率； 取１３根。 詈ｘＯ．６３０ 副边并绕根数： —— 一Ｘ０．６３０ 斗 Ｂ 一磁通密度； 一窗１２１占空系数，与导线粗细、绕制工艺及漏感和 分布电容的要求等有关； ＆一电流密度系数，与铁心形式、温升要求等有关。 为保证磁芯具有一定裕度，选取ＴＤＫ ＥＩ５０磁芯，该磁芯 ：７．７． （９） Ａ ＝４．１４（Ａ。＝２３０ ｍｍ ，Ａ ＝１８０ ｍｍ ），能够满足要求。 ２．１．２原边／副边匝数计算 为减ｄ，－￣－线的趋肤效应，选取导体标称直径ｄ＝０．６３０ ｍｍ 的导线，原边１２根并绕，副边８根并绕。 原边匝数： （ （ ｌｉｎ）一２ ｒ） 一 ２Ｂ Ａ。 ！ ： ２ Ｘ １ ６００ ！： Ｚ２１ ×１０ｓ：３．３２匝．（２）．３ … …… 、一 式中： ｒ—Ｍ０ｓＦＥＴ漏源压降； Ｄ一原边绕组占空比； Ｂ 一最大磁通密度； ｆｍｉ ）一直流母线电压最小值； 卜开关周期，Ｔ＝１ 。 尝试取原边匝数 ＝４时，副边匝数为： ＝ × ＝ ｘ西１－ｓ．－３匝．（３） 式中： 一输出电压。 适当放大计算所得匝数，考虑取原边匝数６匝，副边匝 数 ＝７匝。 初级电流有效值： ，一：上× × ２４田 （ｎｌｉ ）一２ ０—２一：１８．４８ Ａ．‘ ‘ ．８Ｚ√ （４） 式中：Ｐ。 一输出功率。 次级电流有效值： （ ）＝￣／Ｄ／，２×，舢＝，／ｏ．８５／２ Ｘ １８．４８＝１２．０４ Ａ． （５） 取电流密度４．５ Ａ／ｍｍ 。 原边每匝导线截面积： ＳＰ＝争＝ ＝４．１ ｍｍ２． （６） 副边每匝导线截面积： Ｊｕ。一 ｓ。＝ ． 一 ： ：２．一・ ４０ ｍｍ２￣１１１１１１ （７），， 考虑到导线的集肤效应（集肤深度约０．３８姗），选取标 称直径０．６３０ ｍｍ的导线。其外径为０．６８ ｍｍ（１级）。 原边并绕根数： 取８根。 下面计算绕组总面积： 原边绕组面积＝ ×原边并绕根数ｘＯ．６３ｏ２＝３０．９５ ． 副边绕组面积＝ Ｘ副边并绕根数ｘＯ．６３０２＝２２．２删 ． 总面积＝原边绕组面积＋副边绕组面积￥２＝８４．１２ ． ３全桥移相变换器工作原理 全桥移相变换器是输出功率最高的一类，其拓扑原理图 如图２： 图２全桥移相拓扑原理图 全桥移相变换器通过改变功率开关控制策略，使其中一 个功率管先关断，一次绕组的另一端仍与地相连，这使得漏 感、谐振电感和ＭＯＳＦＥＴ的输出电容构成谐振网络。这样， 一次绕组的开路端电压振荡到下管的母线端电位，然后下管 ＭＯＳＦＥＴ以ＺＶＳ（零电压开关）方式开通。接着与一次绕组 滞后端相连的ＭＯＳＦＥＴ可以关断，且滞后端振荡到上管母线 端电位，最后上管ＭＯＳＦＥＴ开通 。ＭＯＳＦＥＴ的开通、关断 波形见图３。 由于ＭＯＳＳＦＥＴ管在关断瞬间，一次绕组的两端都有一 个单端流过的负载电流，所以每个ＭＯＳＦＥＴ都实现了ＺＶＳ 开通、关断，错开了功率器件大电流和高电压同时出现的硬 开关状态，抑制了ＭＯＳＦＥＴ开通、关断时产生的电压尖峰，减 少了开关损耗与干扰。 ｌ Ｑ３ Ｉ Ｉ ‘。。。一 ！ Ｉ Ｉ ． Ｑ４ ； ： Ｊ ｉ Ｔ－ 圈３ ＭＯＳＦＥＴ的开通、关断波形图 （下转第１５页） 第１期 示。 张鹏，等：基于网络的城市交通信息系统分析与设计 时性，互动性。 ｌ５ （２）地图显示功能地图显示，如放大、缩小、全屏显示 以及漫游等ＧＩＳ基本功能。 （３）车辆历史轨迹回放监控中心有完善的数据库记 录统计系统，能对车辆运行轨迹和车辆的状态信息进行存 储，供以后随时查询或进行动态回放。 （４）车辆调度功能监控中心在了解车辆目前的运行 状况和所处的地理位置后，对车辆进行合理调度。 参考文献 ［１］ 陈立潮，刘玉树，张永梅，等．城市交通智能咨询系统 的设计与实现［Ｊ］．计算机工程，２００３（１）：３５—３６． ［２］ 王可平．城市公共交通信息系统的构成与实践［Ｊ］．城 市公共交通，２０００（５）：５４—５７． ［３］ 康厚强，王德刚，魏急波．用于短信息收发的ＴＣ３５终 端的硬件设计与实现［Ｊ］．电子技术，２００２（８）：２８— ５结束语 ２９・ ＧＰＳ系统和Ｇ篓的特皂 ．ＳＭ系统对交通信息实现智能化管理 篓 萋 楚鲁 将信息 薹 一二………………一 嚣 ，…～ 一 … 凳 通信有机地结合在一起，使系统的整体性能有了提高，并且 一 … 实现了多级操作、实时监控、联动控制等多种功能，加强了实 Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｕｒｂａｎ ＴｒａｆｆｉＣ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｚｈａｎｇ Ｐｅｎｇ，Ｇａｏ Ｑｉｎｇ—ｅｈｕｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅ￣ｉｑ ｆｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｓｈａｎｘｉ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｔｅｘｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｔｈｅ ｒｕｌｅ ｃａｌｌ ｂｅ ｍａｄｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｅｎｄｓ ｉｎ ａ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｗａｙ ｆｏｒ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ＩＴＳ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｄａｔａ ｃｏＮｅｃｔ ｍｏｄｅｌ，ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｄｅｌ，ＲＤＳ ａｎｄ ｅｔｃ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｅ３５ ＧＳＭ；ＰＤＵ ｍｏｄｅ；Ｒ兀Ｄ；ＦＭＨＤＳ （上接第９页） 压最低、输出电流最大时仍能控制移相稳压，提升电源效率； ４谐振电感设计原则 但Ｌｒ过小，虽使占空比丢失减小，但原边电流上冲或下冲的 尖峰毛刺会显著增大，增大开关损耗，降低电源的可靠性。 ＺＶＳ的实质就是：利用谐振过程对并联电容充放电，让 因此，在实际的设计过程中，在允许的范围内要多做比较，不 某一桥臂电压ｕａ或Ｕｂ快速升至电源电压或降至零值，使 断优化，以试验数据为准。 同一桥臂即将开通管的并联二极管导通，把该管两端电压迅 速钳在零位。而在主变压器源端串接自我谐振电感ＩＪｒ，可 ５结论 促使变换器滞后臂实现ＺＶＳ Ｊ。 经设计、调试后，开关电源在环境实验及常温连续工作 由于只有Ｌｒ参与谐振，如果谐振开始时Ｌｒ电流ｉ 较 过程中输出电压稳定，动态响应较快，供电品质较高，满足设 小，ｋ储能不够，电容Ｃ的谐振电压ｕｃ的峰值就有可能达 计指标要求。 不到ｕ 开关管的并联二极管就不能导通，其对应的开关管 参考文献 就不能实现零电压开通。为了使电容的谐振电压峰值能够 ［１］Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ 达到Ｕ 电感的储能必须足够，在谐振开始时电感Ｌｒ的电 ＵＣ３８７９［Ｚ］．Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．２００７． 流ｉ。 （０）必须满足： ［２］ Ｍａｒｔｙ Ｂｒｏｗｎ．开关电源设计指南［Ｍ］．徐德鸿，沈旭， ０．５Ｌｒ×艺（０）≥ｃ× ． 杨成林，等，译．北京：机械工业出版社，２００４． 这一不等式是设计谐振电感ｈ的依据。 ［３］ 张占松．蔡宣三．开关电源的原理与设计［Ｍ］．北京： ＩＪｒ取值较大可有效抑制原边电流急剧变化引起的寄生 电子工业出版社，１９９８． 振荡，减小上冲或下冲的尖峰毛刺，降低开关损耗；但Ｌｒ过 ［４］ 刘胜利．高频开关电源实用新技术［Ｍ］．北京：机械工 大又会延长占空比丢失时间，降低整机效率。Ｌｒ取值小些 业出版社，２００５． ． 可缩短原边电流在死区时间谐振过零的反向过程，在输入电 Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅ ｏｎ Ｆｕｌｌ・－ｂｒｉｄｇｅ Ｐｈａｓｅ－－ｓｈｉｆｔ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＵＣ３８７９ Ｌｉｎａｇ Ｊｕｎ—ｌｏｎｇ （Ｓｔａｔｅ—ｏｗｎｅｄ ７８５ Ｐ／ａｎｔ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｓｈａｎｘｉ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ３００Ｗ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ ｐｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔ ＰＷＭ ｅｏｎｔｒｏＵｅｒ ＵＣ３８７９．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ ｐｈａｓｅ・ｓｈｉｆｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇ－ ｎｅｔｉｃ ｎｏｉｓｅ；ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｈａｓ ｆａｓｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｇｏｏｄ ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ，ｒｅｌｉａｂｌｅ ｗｏｒｋ，ｓｔｒｏｎｇ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ，ａｎｄ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔａｒｇｅｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＵＣ３８７９；ｆｕｌｌ—ｂｒｉｄｇｅ ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔ；ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ