一种交错并联电路的控制部分设计

    1、引言
        随着电子信息技术的发展，交错并联供电方式在通信电源、航空等领域中应用越来越广泛。变换器若能实现并联模块的交错运行，可以减小总的电压和电流纹波、减小电磁干扰，从而带来很多好处。在采用UC3846为控制芯片时，本文使用晶振产生基准频率，经反相器CD74HC04和脉冲计数器74HC4024共同作用后，再与UC3846一起产生振荡频率。这个方法能更好的实现工作频率，同时，在两路电源并行工作时也能很好的解决交错并联时的同步问题。
        2、UC3846工作原理
        UC3846采用标准双列直插式16引脚（DIP-16）封装。其内部方框图如图1所示。

    图1  UC3846内部结构方框图

    UC3846有16个引脚。各引脚功能如下：脚1为限流电平设置端；脚2为基准电压输出端；脚3为电流检测放大器的反相输入端；脚4为电流检测放大器的同相输入端；脚5为误差放大器的同相输入端；脚6为误差放大器的反相输入端；脚7为误差放大器反馈补偿；脚8为振荡器的外接电容端；脚9为振荡器的外接电阻端；脚10为同步端；脚11为PWM脉冲的A输出端；脚12为地；脚13为集电极电源端；脚14为PWM脉冲的B输出端；脚15为控制电源输入端；脚16为关闭端。
        UC3846的振荡器的频率由外接阻容 、 决定(9脚、8脚)。 的充电电流由恒流源提供。振荡器工作频率由式（1）近似计算式。

                  （1）

    一般在1~500 之间。为了减小噪声对晶振电容的影响，应选择大于100pF的电容。为了防止两路开关管的互通，要设定两路输出都关断的“死区时间”。电压为一个锯齿波，其下降时间即为死区时间，死区设置时间为：
                        

                      （2）

     增大，锯齿波下降时间即死区时间就增大。
        3 电路设计
        反相器CD74HC04（功能图见图2）和脉冲计数器74HC4024（其对应的结构图见图3，逻辑图见图4）

              
                  
      图2  CD74HC04功能图              图3  74HC4024结构图

图4  74HC4024逻辑图

        脉冲计数器74HC4024可产生七种频率，依次为输入脉冲的2分频、4分频、8分频、16分频、32分频和64分频和128分频。
        两路电源并行工作的频率产生及同步控制电路见图5。其中U1、U2分别为两个UC3846控制芯片。

 
图5  两路振荡信号的产生及同步电路       ( 图中二极管改为空心直线通过)

        由反相器和脉冲计数器的结构图、逻辑图以及同步电路连接图不难得出74HC4024的1、12、11、9、6脚的波形和CD74HC04的12、8、5、11脚的波形如图6所示。

 
图6  同步部分各点的波形图

    由图6可见，反相器和分频器将晶振产生的脉冲分频分相，得到两路同频反相信号。则电容 与电容 上的信号也是同频反相。将电容 与电容 取相同的值，再将两控制芯片的振荡电容取相同值，即可实现两电源的交错并联。并且在振荡电容的可选条件下，可以更精确地实现工作频率。

     4  工作频率设计举例
        以U2为例，假使设计要求工作频率达到60kHz，具体进行电路的设计如下。
        如图7所示，图中U3、U4分别为反相器CD74HC04和脉冲计数器74HC4024。对于单个UC3846来说，其振荡频率的产生是外部振荡电阻和电容共同作用的结果。

 
图7  振荡频率产生电路    

    当Q2 导通时，相当于接在C₁₈上的电容与UC3846的原来外接的振荡电容C₁₄ 并联，共同作为振荡电容，与振荡电阻一起产生频率。取C₁₈ 远大于C₁₄ ，则在导通过程中C₁₈ 上存储的电荷量远大于C₁₄ 。当Q2 截止时，C₁₈ 将通过C₁₄ 迅速放电，使控制芯片的振荡器停止工作，直到Q2 再次导通时UC3846重新开始产生控制脉冲。所以UC3846的振荡频率由C₁₈ 和C₁₄ 共同决定。即C₁₈和C₁₄ 并联，与振荡电阻Rt一起产生振荡频率。则振荡频率
                          （3）
        故死区时间为
                          （4）
        由于UC3846为双端输出脉宽调制器，故其A、B端的工作频率为振荡器振荡频率的一半。根据设计要求，可取3.579545MHz的晶振，则经32分频后得111.8KHz。C₁₈取4.7nF，将其与UC3846的振荡电容C₁₄并联，与振荡电阻R_t一起产生振荡频率。取C₁₄为100pF,R_t取3.65k ，可得振荡频率

    故死区时间为

        则可使工作频率达到60kHz，从而达到本设计的频率要求。
        5  结论
        采用电流型控制芯片UC3846工作时，可通过采用反相器和脉冲计数器分频分相，从而实现两电源模块的交错并联。本文给出了设计的原理电路并进行设计举例，证明了该方法的可行性。