电感设计实例

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2、篇（LED设计必 看）日本名家电路设计1000例下载（精华）导航:老古开发网首页一文章索引一文章分类一屯源技术一一种实用的BOOST电路| -文章搜索-最新文章 -1一种实用的BOOST电路发布时间:2006年7月25日点击次数:4518来源:电源技术应用作者:陈俊粱0引言在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计,对于较大的功率输岀，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 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,便可设计岀: JDC/DC升压电路。C3S42是一种电流型脉宽

3、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控制的升压DC / DC电路，且外接元器 活,成本低，输岀功率容易做到100W以上，具有其他专用芯片难以实现的功能。842芯片的特点C3842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;一个能够源岀和吸入大电流的图腾式输岀结构，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 f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，

4、具有内部保护功能，如滞后式欠压锁定、可控制的输岀死区时间等。I UC3842设计的DC / DC升压电路属于电流型控制,电路中直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： 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岀变化，改善了瞬态电压调整率；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岀比较，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；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；电流型控制电路中需要对

5、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岀大小的因素，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 J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。t电路结构及特性分析UC3842作为控制的Boost电路结构I UC3842控制的Boost拓扑结构及电路分别如图1和图2所示。圏1UC3842控制的DC/DC升压电路结构-4UC38421C2COMPVreT7VfbLesRt/Ct GNDR

6、UC3842控制的升压DC/DC电路中:输入电压既供给芯片又供给升压变换开关管以设定的频率周期开闭使电感储存能量并释放能量当开关管导通时电感以的速度充电把能量储存在中开关截止时L产生反向感应电压:通过二(存的电能以(Vo-Vi) / L的速度释放到输岀电容器C2中。输岀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。 f个稳压过程由二个闭环来控制，即1环1输岀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岀电压的变化。1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

7、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，从而保持稳定的输岀电压。误差信号实际控制着峰值电感ost升压结构特性分析oost升压电路，可以工作在电流断续工作模式(DCM)和电流连续工作模式(CCM)。CCM工作模式适合大功率输岀电路，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。 oost拓扑结构升压电路基本波形如图3所示。F关管S漏极电压波形卜关會弓电说波形1感11漩波形蚤流二扱管D电沆波形JL-A/c：Bouist升压电路虽本波形n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

8、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AILon满足式(1)。 /Aon(1)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。ff时,开关管S截止,二极管D处于导通状态，储存在电感L中的能量提供给输岀，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)。(+ V f Vi)LVf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。 匚电路稳定状态下，即从电流连续后到最大输岀

9、时,AlLon= ILoFf,由式(1) 和(2)可得A /jLoiF (3)如_% -讥如i K + K V因占空比D= h/T,即最大占空比Va+Vf-Vi Vtt - KaE% - E+K-K略电感损耗，电感输入功率等于输岀功率，即V x kz、= K x)和式(5)得电感器平均电流f_L、(5)(6)式(1)得电感器电流纹波A 7 (V.-VjD h = Tf(7)f为开关频率。呆证电流连续，电感电流应满足A /a /2式(6)、式(7)和式(8),可得到满足电流连续情况下的电感值为乙二 2(%-QD(l -)(8)(9)(10)(11)(12)电路设计外，由Boost升压电路结构可知

10、，开关管电流峰值Is(max)=二极管电流峰值Id(max)=电感器电流峰值ILP,hp = /L(ave + ( Il/2 ) 开关管耐压=K + K二极管反向耐压 E = K - K；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,输岀Vo=40V、Io=2A,频率449 kHz,输岀纹波噪声1%。 !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。能电感L!据输入电压和输岀电压确定最大占空比。由式(4)得Dm40 - 1840=0. 55i输岀最大负载时至少应满足电路工作在CC

11、M模式下，即必须满足式(9),2(匕一匕)。(1 一 )2x(18O9)x0 55x(io 55)2 x 49000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岀时，电感纹波电流为平均电流的20%30%,因增加AIL可以减小电感L,但为不增加输岀纹波电压而须增大输岀电容C2,取 30%为平衡点，即A 7 = 30% x I氐g = 30% x I 一 D30% X 1 - 0,55L 33 A(13)由式(7)、式(13)可得(Vr-K)Z) (1879)x0.55AVL 33 x 49000= 144pbH流过电感的峰值电流由式(10)得hv Ajave + (血

12、/2)L 15x-1. 15 x-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可选用电感量为140200yH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、: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。出电压取样电阻R1、R2I 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，可知输岀电压Vo=2.5(1+R1 / R2)，根据输岀电压可确定取样电阻R1、R2的取值。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

13、，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。 关管S:关管的电流峰值由式(10)得，(max)=ILP=5.11A:关管的耐压由式(11)得ds(off)=Vo+Vf=40+0.8=40.8VF 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M0S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。二 561piF (14)r . VDT402 x 0. 55AE/O 40x 1% x2 x 49000rek Run; O.OMS/s Sample(a)轻载0. 3 A时开关管漏极电压和流经电流ek Run: IO.CMS/s SampleA:48 78kHz老古开发网版权所有2006年9月asp.Net V2.0设计：老古 页面缓存:否执行时间：0毫秒页面时间=2011年4月13日