基于UC3843的同步整流升壓電路

安徽理工大學 王夢偉 劉 卓 秦 孜

傳統的BOOST升壓電路利用較低，為解決這一問題，本文采用低導通電阻的MOSFET代替二極管實現續流，減小損耗，提高效率。該同步整流升壓電路以UC3843作為控制芯片，采用IR2104芯片驅動兩個MOS管，實現開關管和整流管的交替導通，經過測試，達到了電路設計的要求。

引言：升壓電路廣泛應用于手機、直流電機傳動、PFC等設 備中，作為一種斬波電路在開關電源中也得到廣泛應用。同步整流技術由于可以大大的提高電路的效率，因此同步整流技術也廣泛的應用在各種電子電路中（夏鯤,譚媛,袁印.一種單相高效率同步整流電源[J].信息技術,2016(11):57-60,65）。為解決BOOST電路利用效率較低這一問題，本文設計了一款基于UC3843和同步整流管的BOOST升壓電路，驅動采用IR2104芯片，控制開關管和同步整流管的交替導通，進而實現同步整流，利用MOS管代替續流管提高了電路的效率，該電路結構簡單，效率達到了95%以上。此外，根據BOOST電路計算出了電路的核心器件—電感，并選取了環形電感的型號、導線線徑以及線圈的匝數（布朗(著),徐德鴻(譯).開關電源設計指南(第2版)[M].北京:機械工業出版社,2004:30-98）。

1 硬件設計

本論文設計的是基于電源芯片UC3843、驅動芯片IR2104的同步整流升壓電路，要求輸入電壓12V，輸出電壓60V。該同步整流升壓電路主要包括濾波電路、脈寬調制電路、反饋電路、過流保護電路等組成。

圖1 電路原理圖

設計的電路如圖1所示。UC3843是一種頻率高、脈寬可調的電流控制型PWM調制芯片，它的電壓調整率可達0.01%V，工作頻率最高為500kHz，UC3843的電壓門限為8.5V（通）和7.6V（斷），有8個外接引腳，6腳可以輸出穩定的PWM波（張京,秦會斌,章旦陽.基于UC3843的60W升壓電路設計[J].電源技術,2016(2):425-426,454）。主電路中電感L1為升壓電感，L2與后級電容組成濾波電路，可消除電路中的雜波，使電壓穩定輸出。由于二極管整流損耗較大，因此采用通態電阻極低的專用功率MOSFET代替二極管進行同步整流，減少電路的損耗，提高電路的效率。電路圖中的Q1為整流管，Q2為開關管，這兩個MOS管以互補的模式驅動，一個管子開，另一個管子關，在它們的導通間隙之間有一個很小的死區時間，以避免同時導通。驅動采用IR2104器件，內部帶有死區時間，有高和低兩個輸出通道分別控制兩個MOS管的關斷與導通。

2 參數設計及原理圖

設計中，選擇電源的頻率為52KHz。根據設計要求，結合BOOST電路結構的分析，確定圖中的關鍵參數L1需先根據輸入電壓和輸出電壓確定最大占空比：

這里為輸入電壓，為輸出電壓。輸出電流最大為0.6A，即負載電阻取100Ω，然后根據占空比和開關周期計算出連續工作模式的電感量L1的值：

通常取1.1～1.2倍裕量，即取L1為70uH。

電感電流的平均值為：

取銅導線電流密度為4A/mm2，經計算選取銅導線型號為20AWG。文獻（布朗(著),徐德鴻(譯).開關電源設計指南(第2版)[M].北京:機械工業出版社,2004:30-98）選取磁環型號為55120-A2，磁導率為125，，則匝數為31圈。濾波電感L2取20uH，經計算選取銅導線型號為33AWG，磁環型號為55270-A2，匝數為14圈。取紋波電壓為輸出電壓的0.2%，則濾波電感為：

通常取1～2倍，這里取100uf/100V。

輸出電壓與基準電壓的關系為：

由此可以確定反饋電阻的大小，設電源效率為95%，電流反饋電阻計算公式為：

這里取0.1Ω/2W。根據技術要求及相關計算，選取自舉二極管型號為IRF107，開關管選取IRF540型號的MOS管。

3 實驗測試數據及分析

根據電路原理圖以及相關的計算結果，選取相關器件進行實物測試，測試波形如圖2所示。

圖2 UC3843的輸出波形

圖2為UC3843的6腳輸出波形，通過示波器可以觀察到電路的頻率以及周期，在實物測試時，由于器件本身的一些因素，并未達到理論值，由此電路的頻率與理論計算有些偏差，在允許的范圍內認為該電路達到了要求。

圖3 IR2104的HO端輸出波形

圖3和圖4為驅動IR2104的HO端、LO間輸出的波形，該波形為對稱互補輸出（劉慶新,程樹英.雙Buck太陽能LED路燈照明控制系統[J].電子技術應用,2011(5):142-145）。由于電路之間相互影響，下管的輸出波形并未達到理想的矩形波輸出，但與理論分析相吻合。在輸入電壓為12V時，測得輸入電流為3.105A，輸入功率為37.26W；輸出電壓為58.542V，輸出電流為591.093mA，輸出功率為34.60W，效率，由此可以看出基本達到了設計的要求。

圖4 IR2104的LO端輸出波形

4 總結

從實驗測試波形以及相關數據可以看出，輸出波形與理論計算的波形稍有偏差，但并不影響整體的電路，該同步整流升壓電路達到了所設計的要求，綜上所述，本次實驗測試基本滿足了電路設計的要求。電路的結構簡單、發熱量小，適合在小功率場合中使用。