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笔记本供电无障碍Boost升压电路设计详解

Boost拓扑结构一直是几款既经典又基本的基础电路之一,它被运用在非常多的供电设备中。本文中讲解了学习、拆解、重组的Boost使用模块UC3843控制芯片是专门为低压电路设计而设计的。在以下解释过程中,Boost详细说明了升压电路的设计和计算过程。

下图为2块模块的第一步是获得两个模块的电路图。最直接的方法是用万用表逐一测量,类似于抄板工作,但适合初学者。

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图1

上图模块主电路基本一致,典型Boost它们使用升压电路MOSFET作为开关设备,控制芯片也是一致的UC3843,是电流型PWM插入芯片后,控制芯片的外围电路和参数略有不同。UC3843系列芯片的使用并不透彻如果你想更透彻地理解它,你必须学习它的官方文件,但是UC3843的PDF有很多版本,最好的版本可以找到UC3843(Rev. 15),另一个UC3843A作为补充。

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图2 UC3843系统图

首先,设置PWM最大比例和频率。PWM脉冲由RT和CT谐振产生,设计RT和CT在确定参数时,首先设计最大空比RT,然后通过频率来确定CT的数值。PDF中讲述了,PWM波形的最大占空比仅由RT函数确定,通过限制最大空比来保护电路Boost如下公式所示:

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公式中已知量VRT/CT(valley)= 1.2V,VRT/CT(peak)= 2.8V,Vref= 5V,Idischg= 8.3mA,RT谐振电阻Boost例如,为了防止输出电压过高,我要求电路Dmax<70%,因此选择了更常见的电阻RT=1KΩ,Dmax=64.2%。

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表1 RT与Dmax关系表

选择电阻后再根据PDF选择文件中提供的频率图中的电阻,例如希望PWM适当高度大于50KHz,可以减少电感,然后找到0.8上的第二条水平线和50K竖直线的交叉处,估算到CT应该大于10nF,估计在15nF以上,看看自己的贴片电容,选择更接近的22nF的电容,CT=22nF。

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图3

(编者按:本文为电源网论坛网友merryearnest本文的观点仅代表个人。


估算完成后,可按公式计算(PDF由于电阻和电容的标称值为1%,上述说明的计算误差一般为10%~5%的误差和温度影响)。

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计算值53.4KHz,实际值53.7KHz,更准确。

然后设计电压反馈链接。采用最基本的方案,2脚电压反馈输入,1脚电压反馈补偿输入,如图4所示。

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图4 电压反馈设计

2脚参考电压为2.5V,Rf要求大于8.8K,频率不是特别高,反馈不需要特别快的响应,所以选择大家使用的参数Rf=100K,Cf=100pF。调节Ri和Rd输出电压可以通过调节值来计算:

VO=2.5*(Rd Ri)/Rd

最后,设计了电流反馈环节。

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图5 电流反馈设计

3脚是电流反馈输入,参考电压值是1V(超过1V反应,减少PWM限流靠设计占空比)RS因为设计中没有合适的电阻(电阻和功率要同时考虑),只能选择0.05Ω/2W用保险丝代替电阻串(估计平均电流小时应该有0.07欧元左右,平均电流应该是0.15欧电阻可限制电流6.5A以内)。R值比较随意,一般是常见的1K和10K都行,但是C的值就不能太大了,不然电流反馈的延时就太大了,很容易造成过流时间太长PWM芯片有响应问题,选择太小容易受到尖峰干扰,选择电阻1K,电容200pF,在54KHz频率对电流有很好的限制。

主电路参数设计

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图6 Boost电路结构

主电路参数设置如图6所示:

1、Vin工作电压 12~18V

2、Vout工作电压 20.5V

3、电感 100mH,6A工作电路

在设计参数时,最重要的是开关频率和电感平均电流Matlab-simulink简易开环Boost该模型可以自行设置参数波形是否合理。上述模型为开环,启动时冲击电流较大,因为UC3843中的电流反馈可以软启动,只要注意稳态时电感上的平均电流,最好在选择电感电流时留出50%的余量。电路原理图如下:

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图7 基于UC3843的Boost 升压电路原理图

解释:

1、R7、R10、R9构成输出电压反馈环节,调整R输出电压可以改变10。这里的电阻R9设置为7K为了防止电压升高过高,如果需要的电压升高,应适当降低R9。

Vmax=2.5*(7K 51K)/7K=20.7 V

Vmin=2.5*(10K 7K 51K)/(10K 7K)=10 V

2、电阻R4,保护MOSFET,防止源极开路。

3、二极管D小特基二极管必须使用低导压降,最好安装散热器。

4.输入输出两端的支撑电容越大越好,但当参数下降到1万uF输出已经很好了,特别提醒:电容器有耐压值,如果要输出30V,却用25V耐用电容,通电时间稍长就会爆电容。

末尾

图8 实物展示

经过模仿研究及再实践可以看出UC3843是个不错的PWM芯片,有两个反馈环,电压环精确稳定,电流反馈可以限制流量保护,成本低于单片机,可靠性高,不占用单片机资源。基本使用UC3843最简单的外围结构适合初学者。如果后续配备高频变压器,使用方式会更加丰富。市场上还有芯片TL494可以代替UC3843,功能相似。

(编者按:本文为电源网论坛网友merryearnest本文的观点只代表个人。

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