本文设计了一款基于UC3846的推挽正激DC—DC变换器，分析了变换器的电路控制原理。样机的实验波形及数据表明该变换器克服了传统推挽电路的不足，具有变换效率高，功率开关管电压尖峰小、动态响应快等优点。

0.引言

推挽拓扑结构为升压电源最常用的拓扑结构(如：联能和协欣)，适用于低压大电流电路。推挽变换器电路结构简单，其高频变压器磁亦是双向磁化，而且对变压器的绕制要求较高，必须具有良好的对称性。变压器的磁芯偏磁对器件参数的一致性和驱动电路驱动信号脉宽的一致性提出了较高的要求，同时控制方式也要求采用电流型控制方案，增加电路的复杂性和难度。但是高频变压器上直接施加输入电压，因而只用两个功率开关管便能获得较大的功率输出，而且两路驱动电路无需隔离，因此驱动电路可以简化。这是推挽电路最明显的优点。但推挽电路也有两个缺点：一是在开关管关断时原边线圈的漏感能量释放网难，而且，会在开关管上形成关断尖峰，易导致开关管损坏。二是器件或电路的不对称会引起磁芯偏磁，导致磁芯饱和。本设计的主拓扑采用较为新颖的推挽正激电路，与推挽电路相比，推挽正激电路在推挽变压器初级两个绕组的同名端增加了箝位电容Co。

1.推挽正激DC—DC变换器硬件电路的设计

1.1新型推挽正激电路

针对推挽电路两个明显的缺点，本设计的主电路采用新型推挽正激电路，是在以往的推挽变压器初级两个绕组的同名端增加了箝位电容Co，推挽电路的工作性能因Co的加入而得到很大改善。推挽正激电路如图1所示。

工作模态1：开关管Q1和O2截止(保持)，箝位电容c1被充电到Vi，电位左正右负。

工作模态2：开关管Q1导通，Q2截止，v1通过Q1和高变初级线圈Wpl形成回路。同时，电压下正上负的箝位电容c1通过高变初级线圈Wp2和开关管Q1形成回路。高变初级Wp1和Wp2同时向次级传输功率。

工作模态3：开关管Q1截止，02导通，V1通过高变初级线圈Wp2和Q2形成回路。同时，电压下正上负的箝位电容c1通过开关管Q2和高变初级线圈Wpl形成回路。高变初级Wpl和Wp2同时向次级传输功率。

新型推挽正激变换器有以下优点：有效抑制开关管的电尖峰、提高下作效率、抑制磁芯偏磁、减小输入电流脉动等。

1.2控制电路设计

本设计利用电流型控制技术，并采用双环控制方法。如图2所示，电压环Pnf算实现电压外环控制，可以保证输稳，保证电源系统的稳态性能。电流环实现电流内环控制，可以加快系统的动态响应速度，提高系统的动态性能。采样电路采样输m电压和电流，通过电压PID调节和电流PID调节，可实现恒和限流控制。

本设计采用电流模式集成芯片UC3846来实现对主电路的控制功能，UC3846可以实现双环控制，一个由接收输出电压采样信号的误差放大器构成电乐外环和一个南接收初级峰值电流采样信号的PWM比较器构成内环。峰值电流采样信号需通过采样电阻将其转换为阶梯斜坡电压。

如图3所示，本设计利用初级峰值电流通过UC3846的3、4脚限制峰值功率。通过UC3846的内部运放(5、6、7脚)实现恒乐控制。通过外加运放的PID调节作拉低5脚的基准电压，可实现恒流控制。这种控制方法，恒精度高，但是，电流调节速度慢于电调节速度。而且，由于外同器件的温漂，恒流点易受温度影响。此控制，适用于稳压要求高的电路，比较适合带阻性和感性的负载。

2.保护电路的设计

2.1输入过恢压保护电路

当系统输入电压过高或者电压不足时，可使图4中的过/欠压输入端置低电平，同时光耦2705置为高电平，使其输出高电平。因此，UC3846的脚16就会被加速电容c6和二极管D6施加正脉冲，从而使UC3846芯片内部品闸管导通。南UC3846自带的保护电路使引脚l为低电平，经检测电路后使得电路进入保护状态，UC3846芯片输封锁脉冲。

还有就是，当2705输出高电平时，一极管饱和接通使电路支路接地。电路中有电容C6的存在，使得电路加速，而极管的导通会推迟。三极管的导通压降比品闸管的要小，所以品闸管不能连续导通，即晶闸管恢复火断。当过/欠压故障消除后，系统最新输出脉冲。

2.2输入过流，过载保护电路

当电路巾检测到电流过大、负载过载的信号时，比较器LM2903就会输出低电平，光耦2705同时输出高电平，经D7加在控制电路的引脚16上，也会使得脉冲输出封锁。电路由晶闸管维持导通，只有当系统电流在正常输入范围内且不过载时，系统重新输出启动信号有脉冲输出。输入过流/过载保护电路如图5所示。

3.实验结果

按照以上设计思路研制出一台工程样机，输入电压为DC2OV一32V，额定24V，输出电压为DC360±10V，额定功率为3KW，峰值功率为4.5KW。在不同负载下做了相关实验，实验数据与波形如下图。

(1))负载：RL=28欧姆板型负载;输入：Vi=24V，li=ll8A，Pi=2802W;输出：V0：264V，1o=10A，Po=2628.1W;效率：y=94%，Pc=174.1W。测试波形如图6所示

(2)负载：RL=60欧姆板型负载;输入：Vi=24.64V，Ii=50.27A，Pi=1238.7w;输出：Vo=263.3V，Io-4.32A，Po=l137.5W;效率：y=91.83%，Pc=101W。测试波形如同7所示。

(3)负载：RL=260欧姆板型负载;输入：Vi=25.127V，li=12.87A，Pi=323.4W;输出：vf263.3V，Io=0.98A，Po=258W;效率：y=80%，Pc=65.4W。测试波形如同8所示。

(4)满载时，输出纹波如图9所示。

4.结论

由以上分析可知，该变换器当输出2.6KW时，变换效率达到94%，并可得到稳定的输出电压，其最大输出波纹小于l%，设计了过温关断、过，欠压保护电路、输入过流/过载保护电路，提高了电路的安全可靠性能。在低压输入功率较大的场合，具有重要的适用价值。

uc3846介绍

uc3846采用定频电流模式控制，改善了系统的线电压调节率和负载响应特征，简化了控制环路的设计。

uc3846工作原理

UC3846采用定频电流模式控制，改善了系统的线电压调节率和负载响应特征，简化了控制环路的设计。UC3846内置精密带隙可调基准电压、高频振荡器、误差放大器、差动电流检测放大器、欠电压锁定电路以及软启动电路，具有推挽变换自动对称校正、并联运动、外部关断、双脉冲抑制以及死区时间调节等功能。

通过电流检测放大器实现峰值开关电流检测的方法主要有两种：1。采用外界检测电阻 2。采用变压器耦合，以上两种方法中采用外接检测电阻最为简单，但是需要考虑检测电阻上的功耗问题。而采用变压器耦合虽然结构上比较复杂，但是即能起到隔离作用又能提高效率，是比较理想的选择。无论采用何种方法都需要尽量降低最大检测电压条件下的功效。另外，如果采用检测电阻直接检测开关电流，为防止因开关管集电极寄生电容放电而引用大的电流峰尖，有必要增加一个RC滤波网络。

uc3846引脚功能以及特点

1.特点

(1)自动前馈补偿。

(2)可编程控制的逐个脉冲限流功能。

(3)推挽输出结构下自动对称校正。

(4)负载响应特性好。

(5)可并连运行，适用于模块系统。

(6)内置差动电流检测放大器，共模输入范围宽。

(7)双脉冲抑制功能。

(8)大电流图腾柱式输出，输出峰值电流500mA。

(9)精密带隙基准电源，精度士1%。

(10)内置欠电压锁定电路。

(11)内置软启动电路。

(12).具有外部关断功能。

(13)工作频率高达500KHz

2.引脚功能

1 C/S SS 限流信号/软启动输入端;该端可接给定信号。

2 VREF 基准电源输出端;该端输出一温度特性极佳的基准电压。

3 C/S- 电流检测比较器反相输入端;该端接电流检测信号。

4 C/S+ 电流检测比较器正相输入端;该端接给定信号。

5 E/A+ 误差放大器同相输入端;在闭环或开环系统中，该端都接给定信号。

6 E/A-

误差放大器反相输入端;在闭环系统中，该端接输出反馈信号。根据

需要，可在该端与引脚7 之间接入不同功能的反馈网络，构成比例，

积分，比例积分等类型的闭环调节器。在开环系统中，该端直接与7

脚相连，构成跟随器。

7 COMP

误差放大器输出端;在闭环系统中，根据需要，可在该端与引脚6 之

间接入不同功能的反馈网络，构成比例，积分，比例积分等类型的闭

环调节器。在开环系统中该端可直接与引脚6 相连，构成跟随器。

8 CT 振荡定时电容接入端。

9 CR 振荡定时电阻接入端。

10 SYNC

同步信号输入端。在该端输入一方波信号可实现控制器的外同步。该

端亦可作为同步脉冲信号输出端，向外电路输出同步脉冲信号。

11 AOUT 输出端A;引脚11 和引脚14 是两路互补输出端。

12 GND 信号地。

13 VC 输出级偏置电压输入端。

14 BOUT 输出端B;引脚14 和引脚11 是两路互补输出端。

15 VIN 偏置电源输入端。

16 Shutdown 外部关断信号输入端。

直流-直流(DC/DC)变换器介绍

直流-直流(DC/DC)变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制。

直流—直流变换器(DC-DC)是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置。目前通信设备的直流基础电源电压规定为−48V，由于在通信系统中仍存在−24V(通信设备)及+12V、+5V(集成电路)的工作电源，因此，有必要将−48V基础电源通过直流—直流变换器变换到相应电压种类的直流电源，以供实际使用。

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制

(1)Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。

(2)Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。

(3)Buck-Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。

(4)Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。

还有Sepic、Zeta电路。

上述为非隔离型电路，隔离型电路有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。

工作

工作原理

直流—直流变换器是将直流电先逆变(升压或降压)成交流电，然后再整流变换成另一种直流电压的直流变换装置。常用的直流—直流变换设备一般是由直流—直流变换模块、监控模块以及与之配套的用户接口板和直流配电单元等组成的一个完整的电源系统。

系统中多个直流—直流变换模块并联均分负荷运行，将−48V直流电压变换成−24V(或+12V、+5V)直流电压，再经输出分路保险向负载输出;监控模块负责对变换器模块及整个系统的工作状态及性能进行监控，并通过RS232通信口纳入上一级监控系统。

变换器模块负责将−48V直流电压转换为−24V直流电压，由功率电路和控制电路两大部分组成。功率电路实现从直流输入到直流输出的变换;控制电路提供功率变换所需的一切控制信号，包括反馈回路、直流信号处理、模拟量和开关量的处理电路等。

功率电路上主要包括直流输入滤波电路、直流—直流变换电路、直流输出滤波电路及辅助电源的部分。

直流输入滤波电路包含有防浪涌器件、差模、共模滤波器等。遇有雷击或其他高压浪涌时，压敏电阻和瞬态电压抑制器可保护变换器免受冲击。差模滤波器和共模滤波器可有效抑制模块内部产生的高频噪声，同时也使来自直流输入电源的干扰不会影响模块的正常工作。

直流—直流变换电路主要包括变换电路和整流输出电路，是整个变换模块的重要组成部分。

辅助电源电路为控制电路提供直流工作电压，同时还提供直流输入电压取样。

控制电路主要包括直流—直流变换控制电路，保护电路、输出电压误差放大电路以及数字显示、告警、通信电路等。

其工作原理为：输出经过FB(反馈电路)接到FB pin采样放大器，反馈电压VFB与设定好的比较电压Vcomp比较后，产生差错电压信号，差错电压信号输入到PWM模块，PWM根据差错电压的大小调节占空比，从而达到控制输出电压的目的，振荡器的作用是产生PWM工作频率的三角波，三角波经过斩波电压斩波后，产生方波，其方波就是控制MOSFET的导通时间从而控制输出电压的。

主要技术要求

(1)输入电压允许变动范围：40～57V。

(2)输出电压稳定精度：≤±1%。

(3)应有限流性能，限流整定值可在105%～l10%输出电流额定值之间调整。

(4)同型号设备应能多台并联工作，并具有均分性能，其不平衡度应≤±5%输出额定电流值。

(5)输出杂音电压：衡重杂音≤2mV;宽带杂音≤20mV(3.4kHz～30MHz);峰值杂音≤200mV。

(6)反灌杂音：变换设备在额定工作时，直流电流中宽频杂音分量(方均根值)应小于直流电流的1%。

(7)效率：<200W时，≥75%;≥200W时，≥70%。

工作模式

按照控制电压和锯齿波幅值的关系，开关占空比D可以表示成：(4-2)„直流-直流变换器有两种不同的工作模式：

1. 电感电流连续模式

2.电感电流断续模式„在不同的情况下，变换器可能工作在不同的模式。因此，设计变换器和它的控制器参数时，应该考虑这两种不同的工作模式的特性。

调制

调制方法

开关管导通时，输出电压等于输入电压Ud;开关管断开时，输出电压等于0。输出电压波形如上图所示，输出电压的平均值Uo为(4-1)式中Ts—开关周期D—开关占空比，„改变负载端输出电压有3种调制方法：

1.开关周期Ts保持不变，改变开关管导通时间ton。也称为脉宽调制(PWM)。„

2.开关管导通时间ton保持不变，改变开关周期Ts。„

3. 改变开关管导通时间ton，同时也改变开关周期Ts。

方式1的PWM是最常见的调制方式，这主要是因为后2种方式改变了开关频率，而输出级滤波器是根据开关频率设计的，显然，方式1有较好的滤波效果。

调制方式

„图4-2(a)是脉宽调制方式的控制原理图。给定电压与实际输出电压经误差放大器得到误差控制信号uco，该信号与锯齿波信号比较得到开关控制信号，控制开关管的导通和关断，得到期望的输出电压。图4-2(b)给出了脉宽调制的波形。锯齿波的频率决定了变换器的开关频率。一般选择开关频率在几千赫兹到几百千赫之间。