0 引言
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，模塊化電源憑借小型化、薄型化、輕量化、高頻化、集成度高等諸多優(yōu)點(diǎn)已成為日益關(guān)注的焦點(diǎn)[4-7]。DC-DC模塊作為一種直流電壓變換器，為各種移動(dòng)設(shè)備提供電源；在電動(dòng)自行車、電動(dòng)叉車、旅游觀光車中有很廣泛的應(yīng)用。在模塊化電源中，非隔離型降壓電源變換器的應(yīng)用尤其廣泛，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，如何提高產(chǎn)品的性價(jià)比來(lái)?yè)屨几嗟氖袌?chǎng)份額，成為各廠家面前的難題。這迫使各大廠家的工程師們不斷的尋求更可靠、更高效、更廉價(jià)的方式設(shè)計(jì)電路。
在非隔離模塊化電源中，大多采用Buck電路，控制芯片采用UC3842。然而,傳統(tǒng)的Buck電路需要隔離驅(qū)動(dòng)，因而成本較高，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于體積的減小，為此，本文提出了一種新型的驅(qū)動(dòng)電路架構(gòu)。通過(guò)適當(dāng)?shù)倪B接，可以省去傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路所需的隔離電源。另外，為了實(shí)現(xiàn)電流環(huán)控制，一般使用電阻或電流霍爾元件對(duì)電流進(jìn)行采樣，這樣不但增加成本和損耗，也不利于模塊化電源體積的減小和可靠性的提高。因此，本文還提出了一種新穎的電流采樣電路，即通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通壓降來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)管電流的控制，這將有效的降低成本和損耗。
1 傳統(tǒng)技術(shù)回顧
1.1非隔離驅(qū)動(dòng)技術(shù)回顧
非隔離驅(qū)動(dòng)技術(shù)分為低端驅(qū)動(dòng)和高端驅(qū)動(dòng)，而高端驅(qū)動(dòng)是我們一般研究的重點(diǎn)。其難點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路中輸入信號(hào)和輸出信號(hào)不共地，有時(shí)甚至有幾100V的壓差，這就需要使用隔離型器件進(jìn)行信號(hào)傳輸。經(jīng)過(guò)幾10年的發(fā)展，隔離驅(qū)動(dòng)方式大致可以分為以下3類：第一種是變壓器隔離，優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度好沒(méi)有延遲，價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是每個(gè)周期都需要對(duì)變壓器進(jìn)行磁復(fù)位，不太適合用在大占空比的場(chǎng)合[8-10]；第二種是光電隔離，優(yōu)點(diǎn)是不存在復(fù)位問(wèn)題，可輸出任意占空比，缺點(diǎn)是信號(hào)從輸入轉(zhuǎn)換到輸出的過(guò)程中存在較大延遲，不適合用在高頻場(chǎng)合，且成本較高；第三種是電容隔離，這種隔離方式被大量用在高端驅(qū)動(dòng)芯片中，其優(yōu)點(diǎn)是輸入輸出延遲小，可輸出任意占空比，缺點(diǎn)是受隔離電容的約束，隔離電壓等級(jí)做不高，成本較高。
1.2 電流采樣技術(shù)回顧
電流采樣技術(shù)在很多電力電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其主要目的是為了實(shí)現(xiàn)電流的閉環(huán)控制[11-14]。電流采樣方式大致可分為2類：第一種是非隔離采樣，一般用采樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，該方法優(yōu)點(diǎn)是成本低，適合應(yīng)用在小電流、對(duì)電流精度要求不高的場(chǎng)合，缺點(diǎn)是在電阻上產(chǎn)生的功耗較大，電阻阻值隨著溫度的變化而改變，測(cè)量精度不高；第二種是利用霍爾元件測(cè)量電流，該方法屬于隔離采樣，在100A以下的領(lǐng)域各大廠家都推出了集成的采樣芯片，在100A以上的領(lǐng)域，需要磁環(huán)和霍爾元件配合以實(shí)現(xiàn)電流采樣，優(yōu)點(diǎn)是功耗低，精度高，電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是成本較高。
2 新型BUCK電路的原理分析
2.1非隔離驅(qū)動(dòng)電路工作原理
新型Buck電路原理圖示于圖1。與Buck電路的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式相比，本文研究的驅(qū)動(dòng)電路中，將UC3842的地（5腳）直接連接在開(kāi)關(guān)管的源極,而不是輸入輸出端的公共地。具體工作原理如下：當(dāng)UC3842的OUT引腳輸出為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q1開(kāi)始導(dǎo)通，隨著Q1的導(dǎo)通，二極管D1、D2和D3反向截止，開(kāi)關(guān)管源極電位逐步上升到B+附近，電感電流線性增加，VCC_UC3842的電位為B+加12V。由此可知，雖然在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通之后，開(kāi)關(guān)管源極的電位發(fā)生了變化，但是UC3842作用在開(kāi)關(guān)管門極到源極的電壓差沒(méi)有改變，從而在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。當(dāng)UC3842輸出變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，開(kāi)關(guān)管Q1開(kāi)始關(guān)斷，Q1的源極電位逐漸下降，最終二極管D3開(kāi)始續(xù)流，同一時(shí)刻 GND_UC3842點(diǎn)的電位變?yōu)镚ND減去二極管D3的導(dǎo)通壓降（約為-0.5V）。此時(shí)如圖1中的箭頭○1所示，二極管D1和D2導(dǎo)通，輸出電容C5給電容C1和C4充電，目的是使電容電壓保持在12V左右，保證UC3842和電壓環(huán)路正常工作。一個(gè)周期內(nèi)，相關(guān)電量信號(hào)時(shí)序圖見(jiàn)圖2……【點(diǎn)擊下載全文】
