開關(guān)電源-控制電路設(shè)計

1、1控制電路的設(shè)計控制電路的設(shè)計引言引言8.1 8.1 控制電路結(jié)構(gòu)和主要組成部分的控制電路結(jié)構(gòu)和主要組成部分的原理原理8.2 8.2 電壓模式控制電路的設(shè)計電壓模式控制電路的設(shè)計8.3 8.3 峰值電流模式控制電路的設(shè)計峰值電流模式控制電路的設(shè)計8.4 8.4 平均電流模式控制電路的設(shè)計平均電流模式控制電路的設(shè)計2 引引 言言 開關(guān)電源的主電路主要處理電能，而控制開關(guān)電源的主電路主要處理電能，而控制電路主要處理電信號，屬于電路主要處理電信號，屬于“弱電弱電”電路，電路，它控制著主電路開關(guān)器件的工作。電源的它控制著主電路開關(guān)器件的工作。電源的很多指標(biāo)，如穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、紋波、輸出很多指標(biāo)，如穩(wěn)壓穩(wěn)

2、流精度、紋波、輸出特性等也與控制電路相關(guān)。控制電路的設(shè)特性等也與控制電路相關(guān)?？刂齐娐返脑O(shè)計質(zhì)量對電源的性能至關(guān)重要，是設(shè)計工計質(zhì)量對電源的性能至關(guān)重要，是設(shè)計工作的重點(diǎn)。作的重點(diǎn)。 控制電路功能眾多，相對復(fù)雜，設(shè)計內(nèi)容控制電路功能眾多，相對復(fù)雜，設(shè)計內(nèi)容復(fù)雜，周期較長，甚至可能出現(xiàn)反復(fù)，有復(fù)雜，周期較長，甚至可能出現(xiàn)反復(fù)，有時一些參數(shù)的確定還需要通過試驗來得到。時一些參數(shù)的確定還需要通過試驗來得到。38.1 8.1 控制電路結(jié)構(gòu)和主要組成部分的原理控制電路結(jié)構(gòu)和主要組成部分的原理 控制電路的結(jié)構(gòu)控制電路的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器PWM驅(qū)動驅(qū)動基準(zhǔn)源基準(zhǔn)源保護(hù)保護(hù)并機(jī)均流并機(jī)均流反饋反饋封鎖信號封鎖信

3、號去主電路去主電路電壓電壓/電流電流/溫度溫度連接并機(jī)線連接并機(jī)線u* i*ufif圖（8-1）4一、驅(qū)動電路一、驅(qū)動電路 驅(qū)動電路是控制電路與主電路的接口，同驅(qū)動電路是控制電路與主電路的接口，同開關(guān)電源的可靠性、效率等性能密切相關(guān)。開關(guān)電源的可靠性、效率等性能密切相關(guān)。驅(qū)動電路需要有很高的快速性，能提供一驅(qū)動電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅(qū)動功率，并具有較高的抗干擾和隔定的驅(qū)動功率，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲能力。離噪聲能力。二、調(diào)節(jié)器電路二、調(diào)節(jié)器電路 調(diào)節(jié)器的作用是將給定量和反饋量進(jìn)行比調(diào)節(jié)器的作用是將給定量和反饋量進(jìn)行比較和運(yùn)算，得到控制量。調(diào)節(jié)器的核心是較和運(yùn)算，得到控制量。

4、調(diào)節(jié)器的核心是運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器。5三、并機(jī)均流電路三、并機(jī)均流電路 開關(guān)電源經(jīng)常需要并機(jī)組成系統(tǒng)運(yùn)行，以開關(guān)電源經(jīng)常需要并機(jī)組成系統(tǒng)運(yùn)行，以獲得更大的容量和更高的可靠性。獲得更大的容量和更高的可靠性。 根據(jù)各種負(fù)載對供電可靠性要求的不同，根據(jù)各種負(fù)載對供電可靠性要求的不同，電源可以采用以下幾種不同的運(yùn)行方式電源可以采用以下幾種不同的運(yùn)行方式： 單機(jī)運(yùn)行單機(jī)運(yùn)行 采用單一電源向負(fù)載供電采用單一電源向負(fù)載供電。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、但可靠性不高，一旦電特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、但可靠性不高，一旦電源發(fā)生故障，供電中斷源發(fā)生故障，供電中斷。6并機(jī)均流控制的原理并機(jī)均流控制的原理 并聯(lián)運(yùn)行并聯(lián)

5、運(yùn)行 N個電源并聯(lián)構(gòu)成的電源系統(tǒng)向負(fù)載供電，每個電源個電源并聯(lián)構(gòu)成的電源系統(tǒng)向負(fù)載供電，每個電源的功率為負(fù)載所需功率的的功率為負(fù)載所需功率的1/N。 特點(diǎn)：每個電源發(fā)生故障時，供電不中斷，僅是最大特點(diǎn)：每個電源發(fā)生故障時，供電不中斷，僅是最大供電能力有所降低。電源數(shù)量多，成本上升。用于可供電能力有所降低。電源數(shù)量多，成本上升。用于可靠性要求較高的場合靠性要求較高的場合。7 并聯(lián)冗余運(yùn)行并聯(lián)冗余運(yùn)行 N+M個電源并聯(lián)工作，每個電源的功率為負(fù)載最大個電源并聯(lián)工作，每個電源的功率為負(fù)載最大功率的功率的1/N。運(yùn)行時，每個電源平均承擔(dān)負(fù)載功率。運(yùn)行時，每個電源平均承擔(dān)負(fù)載功率。 特點(diǎn)：發(fā)生故障的電源數(shù)

6、量小于等于特點(diǎn)：發(fā)生故障的電源數(shù)量小于等于M時，電源系時，電源系統(tǒng)仍能提供負(fù)載所需的全部功率。電源數(shù)量多，成統(tǒng)仍能提供負(fù)載所需的全部功率。電源數(shù)量多，成本更高。用于可靠性要求非常高的場合。本更高。用于可靠性要求非常高的場合。 為了達(dá)到可靠性目的，應(yīng)盡量使并聯(lián)運(yùn)行為了達(dá)到可靠性目的，應(yīng)盡量使并聯(lián)運(yùn)行的每個電源的輸出電流分配均衡。的每個電源的輸出電流分配均衡。8 電源并聯(lián)后輸出電流不相等的原因電源并聯(lián)后輸出電流不相等的原因： 在輸出電壓相同的條件下，電壓調(diào)節(jié)器誤差信號在輸出電壓相同的條件下，電壓調(diào)節(jié)器誤差信號 不同，這反映了電路參數(shù)的分散性不同，這反映了電路參數(shù)的分散性。 為了補(bǔ)償這種分散性，使各

7、電源的輸出電流為了補(bǔ)償這種分散性，使各電源的輸出電流相等，并且電壓調(diào)節(jié)器誤差信號都等于零。相等，并且電壓調(diào)節(jié)器誤差信號都等于零。必須采取控制措施必須采取控制措施設(shè)置均流電路。設(shè)置均流電路。 并聯(lián)均流方式可以分為并聯(lián)均流方式可以分為： 利用輸出電壓調(diào)整率均流（利用輸出電壓調(diào)整率均流（電源輸出電壓隨輸出電電源輸出電壓隨輸出電流變化而變化的程度，即兩者之比稱為輸出電壓調(diào)整率，流變化而變化的程度，即兩者之比稱為輸出電壓調(diào)整率，它反映了電源等效內(nèi)阻的大小。人為增大各電源等效內(nèi)它反映了電源等效內(nèi)阻的大小。人為增大各電源等效內(nèi)阻，并保證一定的一致性。阻，并保證一定的一致性。）9 主從方式均流（主從方式均流（

8、主控制器穩(wěn)壓，其電壓調(diào)節(jié)器輸出作主控制器穩(wěn)壓，其電壓調(diào)節(jié)器輸出作為其他從控制器的電流參考信號，其他從電源按照電為其他從控制器的電流參考信號，其他從電源按照電流源運(yùn)行，均流精度高，可達(dá)流源運(yùn)行，均流精度高，可達(dá)0.5%。缺點(diǎn)是主控制器。缺點(diǎn)是主控制器一旦損壞，則系統(tǒng)癱瘓。一旦損壞，則系統(tǒng)癱瘓。） 無主或自動選主的均流方式（無主或自動選主的均流方式（基本思路是在電源間通基本思路是在電源間通過并機(jī)電纜或稱均流總線來傳遞均流信號，每個電源過并機(jī)電纜或稱均流總線來傳遞均流信號，每個電源根據(jù)均流信號調(diào)節(jié)自身輸出電流，達(dá)到相互一致目根據(jù)均流信號調(diào)節(jié)自身輸出電流，達(dá)到相互一致目的。的。） 最大電流自動均流法最

9、大電流自動均流法 自動選主的主從均流法等自動選主的主從均流法等10 最大電流自動均流法原理最大電流自動均流法原理 均流母線電壓正比于輸出電流最大的電源的電流，即均流均流母線電壓正比于輸出電流最大的電源的電流，即均流信號為各電源電流的最大值。信號為各電源電流的最大值。 各電源調(diào)節(jié)自身電流方法：均流信號與本電源反饋電流信各電源調(diào)節(jié)自身電流方法：均流信號與本電源反饋電流信號之差乘以比例系數(shù)，加到本電源的電壓給定中。當(dāng)誤差號之差乘以比例系數(shù)，加到本電源的電壓給定中。當(dāng)誤差增大時，本電源電壓給定略微提高，使得本電源開環(huán)電壓增大時，本電源電壓給定略微提高，使得本電源開環(huán)電壓提高，分得更多的負(fù)載電流。提高，

10、分得更多的負(fù)載電流。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：通過調(diào)節(jié)電壓給定來調(diào)節(jié)輸出電流，會造成輸出電通過調(diào)節(jié)電壓給定來調(diào)節(jié)輸出電流，會造成輸出電壓的波動，影響穩(wěn)壓精度；壓的波動，影響穩(wěn)壓精度；同時若比例系數(shù)過大，則會造同時若比例系數(shù)過大，則會造成輸出電壓競相上升，可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故。成輸出電壓競相上升，可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故。若限定電壓范若限定電壓范圍，則當(dāng)均流電路調(diào)節(jié)能力達(dá)到極限時，電源只能退出均圍，則當(dāng)均流電路調(diào)節(jié)能力達(dá)到極限時，電源只能退出均流。流。11 自動選主的主從均流法原理自動選主的主從均流法原理 各電源公用一個電壓調(diào)節(jié)器，其輸出作為電源的電流各電源公用一個電壓調(diào)節(jié)器，其輸出作為電源的電流給定，每個電源含有電流調(diào)

11、節(jié)器，由于每個電源的電給定，每個電源含有電流調(diào)節(jié)器，由于每個電源的電流給定相同，因此各自輸出電流是一樣的。實(shí)際系統(tǒng)流給定相同，因此各自輸出電流是一樣的。實(shí)際系統(tǒng)中，每個電源都含有電壓調(diào)節(jié)器，在運(yùn)行時電壓調(diào)節(jié)中，每個電源都含有電壓調(diào)節(jié)器，在運(yùn)行時電壓調(diào)節(jié)器都處于工作狀態(tài)，其輸出通過均流母線仲裁處最大器都處于工作狀態(tài)，其輸出通過均流母線仲裁處最大值，對應(yīng)最大值的是主機(jī)，其他電源為從機(jī)。值，對應(yīng)最大值的是主機(jī)，其他電源為從機(jī)。 注意注意：均流電路的設(shè)計，不僅要使各并聯(lián)開關(guān)電源模塊在均流電路的設(shè)計，不僅要使各并聯(lián)開關(guān)電源模塊在正常工作情況下能夠均流運(yùn)行，而且應(yīng)該考慮當(dāng)本模塊發(fā)正常工作情況下能夠均流運(yùn)行

12、，而且應(yīng)該考慮當(dāng)本模塊發(fā)生故障時，不應(yīng)顯著影響其他模塊的工作生故障時，不應(yīng)顯著影響其他模塊的工作。12四、保護(hù)電路四、保護(hù)電路 控制電路應(yīng)包含保護(hù)電路，保護(hù)電路包含自控制電路應(yīng)包含保護(hù)電路，保護(hù)電路包含自身保護(hù)和負(fù)載保護(hù)兩方面的功能。一旦出現(xiàn)身保護(hù)和負(fù)載保護(hù)兩方面的功能。一旦出現(xiàn)故障，立即使開關(guān)電路停止工作，并以聲或故障，立即使開關(guān)電路停止工作，并以聲或光的形式報警，以保證在任何情況下，自身光的形式報警，以保證在任何情況下，自身不損壞，并且不損壞負(fù)載。不損壞，并且不損壞負(fù)載。 自我保護(hù)功能自我保護(hù)功能： 輸入過電壓輸入過電壓 系統(tǒng)過熱系統(tǒng)過熱 輸入欠電壓、過電流輸入欠電壓、過電流 負(fù)載保護(hù)功能

13、負(fù)載保護(hù)功能： 輸出過電壓輸出過電壓 輸出欠電壓輸出欠電壓13 輸入過電壓、輸入欠電壓、過熱保護(hù)電路輸入過電壓、輸入欠電壓、過熱保護(hù)電路中，應(yīng)采用滯環(huán)比較器，以便在故障情況中，應(yīng)采用滯環(huán)比較器，以便在故障情況消失后，電源可以自動恢復(fù)工作。消失后，電源可以自動恢復(fù)工作。 過電流保護(hù)電路應(yīng)采用鎖存器將過電流信過電流保護(hù)電路應(yīng)采用鎖存器將過電流信號鎖存。并且，鎖存器應(yīng)附加復(fù)位電路，號鎖存。并且，鎖存器應(yīng)附加復(fù)位電路，以便在故障排除后重新開始工作，或者采以便在故障排除后重新開始工作，或者采用時間較長的延時復(fù)位電路，以降低過電用時間較長的延時復(fù)位電路，以降低過電流保護(hù)的頻度。流保護(hù)的頻度。 輸出過電壓和

14、欠電壓通常由電源或負(fù)載的輸出過電壓和欠電壓通常由電源或負(fù)載的嚴(yán)重故障引起，也應(yīng)采用鎖存器將故障信嚴(yán)重故障引起，也應(yīng)采用鎖存器將故障信號鎖存，一旦出現(xiàn)，應(yīng)立即停機(jī)報警，等號鎖存，一旦出現(xiàn)，應(yīng)立即停機(jī)報警，等待人工干預(yù)。待人工干預(yù)。14 典型的過電壓保護(hù)電路典型的過電壓保護(hù)電路 R R1 1、R R2 2構(gòu)成的分壓電路作為構(gòu)成的分壓電路作為 輸入電壓輸入電壓U Ui i的檢測電路，的檢測電路，A A 點(diǎn)電壓為點(diǎn)電壓為U UA A=U=Ui iR R2 2/(R/(R1 1+R+R2 2) )，R R3 3、 R R4 4、 R RP P與比較器與比較器C C1 1構(gòu)成滯環(huán)構(gòu)成滯環(huán) 比較電路，環(huán)寬為

15、比較電路，環(huán)寬為U UCCCCR R3 3/R/R4 4。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RPRP可以改變過電壓?？梢愿淖冞^電壓保 護(hù)的限值。護(hù)的限值。 原理原理： UAUA* *R4/(R3+R4)R4/(R3+R4)高于高于U UH H比較器翻轉(zhuǎn)比較器翻轉(zhuǎn)輸出電壓輸出電壓U Uo o變?yōu)殡娮優(yōu)殡娫措妷涸措妷篣 UCCCC。( (虛斷虛斷) ) 輸入電壓回落，輸入電壓回落，UA+R3UA+R3* *(UCC-UH)/R4(UCC-UH)/R4低于低于U UH H比較器再次比較器再次翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)輸出電壓輸出電壓U Uo o回到零。（虛短）回到零。（虛短）圖（8-2）+ +- -R R1 1R R2 2U Ui iA A

16、R R3 3R R4 4RPRPU Uo oU UccccU UccccU UH HC C1 1GNDGNDGNDGND15 典型的過電流鎖存電路典型的過電流鎖存電路 電流互感器的一次側(cè)串電流互感器的一次側(cè)串 入主電路中，變壓器一次入主電路中，變壓器一次 側(cè)支路或開關(guān)支路，用側(cè)支路或開關(guān)支路，用 以檢測電流。以檢測電流。R R1 1是電流是電流 互感器二次側(cè)的電流采互感器二次側(cè)的電流采 樣電阻，樣電阻，u uR R1 1= R= R1 1i iS S/n/n，n n為電流互感器二次為電流互感器二次繞組與一次繞組的匝數(shù)比。繞組與一次繞組的匝數(shù)比。 原理原理: : 主電路電流增大主電路電流增大uu

17、R R1 1= R= R1 1i iS S/n/n增大增大uuR R1 1大于大于U UH H C C1 1輸出由低電平變?yōu)楦唠娖捷敵鲇傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖絉SRS觸發(fā)器翻觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)QQ變?yōu)楦唠娖阶優(yōu)楦唠娖椒怄i封鎖PWMPWM輸出輸出主電路中開主電路中開關(guān)全部關(guān)斷關(guān)全部關(guān)斷主電路各支路電流為零主電路各支路電流為零保護(hù)。保護(hù)。復(fù)位復(fù)位去封鎖去封鎖PWMPWM輸出輸出is+ +-SRQ1:n1:n電流電流互感器互感器R1uR1uH圖（8-3）C116 一次電流保護(hù)后，若要重啟電路，則必須一次電流保護(hù)后，若要重啟電路，則必須在在RSRS觸發(fā)器的觸發(fā)器的R R端施加復(fù)位信號，使端施加復(fù)位信號，使RSRS

18、觸發(fā)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)重新變?yōu)榈碗娖?，主電路重器的輸出狀態(tài)重新變?yōu)榈碗娖?，主電路重新開始工作。新開始工作。17五、PWMPWM控制電路控制電路 作用作用: :將在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的控制量將在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的控制量( (模擬信號模擬信號) )轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為PWMPWM信號，該信號的開關(guān)信號，該信號的開關(guān)頻率固定，占空比跟隨輸入信號連續(xù)變化頻率固定，占空比跟隨輸入信號連續(xù)變化。 常用的集成常用的集成PWMPWM控制器控制器:SG3525:SG3525、TL494TL494和和UC3825UC3825、UC3842/3/4/5/6UC3842/3/4/5/6、UC3875/6/7/8/9UC387

19、5/6/7/8/9等。等。 集成集成PWMPWM控制器控制器 電壓模式電壓模式控制器控制器 電流模式電流模式控制器控制器 峰值電流模式峰值電流模式 平均電流模式平均電流模式 電荷模式電荷模式18 開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源的控制方式 電壓模式電壓模式：電壓反饋控制環(huán)：電壓反饋控制環(huán) 電流模式電流模式：電壓反饋控制外環(huán)，電流控制內(nèi)環(huán)：電壓反饋控制外環(huán)，電流控制內(nèi)環(huán) 電流模式控制方式的基本思想電流模式控制方式的基本思想 ： 在輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，增加了直接或間在輸出電壓閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，增加了直接或間接的電流反饋控制。接的電流反饋控制。 電流控制方式的優(yōu)點(diǎn)：電流控制方式的優(yōu)點(diǎn)： （1 1）系

20、統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)，穩(wěn)定域擴(kuò)大。）系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)，穩(wěn)定域擴(kuò)大。 （2 2）系統(tǒng)動態(tài)特性改善。輸出電壓中由輸系統(tǒng)動態(tài)特性改善。輸出電壓中由輸入電壓引入的低頻紋波被完全消除。入電壓引入的低頻紋波被完全消除。 （3 3）具有快速限制電流的能力。采用電流）具有快速限制電流的能力。采用電流控制模式后，電源中可以不必再設(shè)置輸出短控制模式后，電源中可以不必再設(shè)置輸出短路保護(hù)電路。路保護(hù)電路。19 電壓控制模式的結(jié)構(gòu)圖電壓控制模式的結(jié)構(gòu)圖+u u* *VRVRPWMPWMu uf fL LC CR RL L+u u* *VRVRPWMPWMu uf fL LC CR RL L+i i* *IRIRi ifkfk

21、電流控制模式的結(jié)構(gòu)圖電流控制模式的結(jié)構(gòu)圖20 峰值電流模式峰值電流模式 峰值電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖峰值電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖a，主要，主要的波形如圖的波形如圖b。(a)(b)+Ui-LS+ +- -R QR QS SiSiRiSiLCLKCLKttttCLK0SiRiRiLiSt0t1000t221 基本原理基本原理 開關(guān)的開通由開關(guān)的開通由CLK信號控制，信號控制，CLK信號每隔一定信號每隔一定時間使時間使RSFF置位，置位，Q=1開關(guān)開通開關(guān)開通iL上升至給上升至給定值定值iR比較器輸出信號翻轉(zhuǎn)比較器輸出信號翻轉(zhuǎn)RSFF復(fù)位復(fù)位,Q=0開關(guān)復(fù)位。開關(guān)復(fù)位。 峰值電流模式控制采用

22、電流給定信號與電峰值電流模式控制采用電流給定信號與電感電流直接比較的方法，并含有感電流直接比較的方法，并含有RS觸發(fā)電觸發(fā)電路。路。 峰值電流模式優(yōu)點(diǎn)峰值電流模式優(yōu)點(diǎn)：控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好、：控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快、實(shí)現(xiàn)容易、并能限制電路中響應(yīng)速度快、實(shí)現(xiàn)容易、并能限制電路中的峰值電流，從而保護(hù)器件，因此得到了的峰值電流，從而保護(hù)器件，因此得到了廣泛應(yīng)用，是目前使用最為廣泛的電流模廣泛應(yīng)用，是目前使用最為廣泛的電流模式控制方法。式控制方法。22 峰值電流模式的缺點(diǎn)峰值電流模式的缺點(diǎn)： 該方法控制的是電感電流的峰值。對很多需要精該方法控制的是電感電流的峰值。對很多需要精確控制電感電流平均值的開

23、關(guān)電源來說，是不允確控制電感電流平均值的開關(guān)電源來說，是不允許的許的。 峰值電流模式控制電路中，將電感電流直接與電峰值電流模式控制電路中，將電感電流直接與電流給定信號比較，但電感電流中通常含有一些開流給定信號比較，但電感電流中通常含有一些開關(guān)過程的噪聲信號，容易造成比較器的誤動作，關(guān)過程的噪聲信號，容易造成比較器的誤動作，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動。 針對這些問題，提出了針對這些問題，提出了平均電流模式控制平均電流模式控制。23 平均電流模式控制平均電流模式控制 平均電流模式控制的原理平均電流模式控制的原理 該模式采用該模式采用PI調(diào)節(jié)器作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器作為

24、電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量調(diào)節(jié)器輸出的控制量uc與鋸齒波信號與鋸齒波信號us相比相比較，得到周期固定、占空比變化的較，得到周期固定、占空比變化的PWM信號，信號，用以控制開關(guān)的通與斷。用以控制開關(guān)的通與斷。+Ui-S+ +- -+ +- -ususucucLSiL-iRiL+ +- -+ +- -usus24 常見的集成PWM控制器內(nèi)部電路的典型結(jié)構(gòu)如圖圖（8-4）+ +- -基準(zhǔn)源基準(zhǔn)源欠電壓保護(hù)欠電壓保護(hù)封鎖封鎖振蕩器振蕩器分頻器分頻器驅(qū)動驅(qū)動A A驅(qū)動驅(qū)動B BPWMPWM比較器比較器+ +- -u uc cEAEA2526 驅(qū)動電路驅(qū)動電路：結(jié)構(gòu)通常為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，：結(jié)構(gòu)

25、通常為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，用來提供足夠的驅(qū)動功率，以有效地驅(qū)動主電用來提供足夠的驅(qū)動功率，以有效地驅(qū)動主電路的開關(guān)器件。路的開關(guān)器件。 欠電壓保護(hù)電路欠電壓保護(hù)電路：對集成對集成PWMPWM控制器的電源實(shí)控制器的電源實(shí)施監(jiān)控，一旦電源跌落至閾值以下時，就封鎖施監(jiān)控，一旦電源跌落至閾值以下時，就封鎖輸出驅(qū)動脈沖，以免電源掉電過程中，輸出混輸出驅(qū)動脈沖，以免電源掉電過程中，輸出混亂的脈沖信號而造成開關(guān)器件的損壞亂的脈沖信號而造成開關(guān)器件的損壞。 封鎖電路封鎖電路：由外部信號控制，一旦有外部信號：由外部信號控制，一旦有外部信號出發(fā)，立即封鎖輸出脈沖信號，給外部保護(hù)電出發(fā)，立即封鎖輸出脈沖信號，給外部

26、保護(hù)電路提供了一個可控的封鎖信號。路提供了一個可控的封鎖信號。271.UC1842/2842/38421.UC1842/2842/3842 采用采用峰值電流模式控制峰值電流模式控制，專門用于構(gòu)成，專門用于構(gòu)成正正激型、反激型等開關(guān)電源激型、反激型等開關(guān)電源的控制電路。的控制電路。 UC3842UC3842主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 最大電源電壓最大電源電壓/V :36/V :36 驅(qū)動輸出峰值電流驅(qū)動輸出峰值電流/mA :1000/mA :1000 最高工作頻率最高工作頻率/kHz :500/kHz :500 基準(zhǔn)源電壓基準(zhǔn)源電壓/V :5/V :5 基準(zhǔn)源溫度穩(wěn)定性基準(zhǔn)源溫度穩(wěn)定性/(mV/(

27、mV/):0.2 ):0.2 誤差放大器開環(huán)增益誤差放大器開環(huán)增益/dB :90/dB :90 誤差放大器單位增益帶寬誤差放大器單位增益帶寬/MHz :1/MHz :1 誤差放大器輸入失調(diào)電壓誤差放大器輸入失調(diào)電壓/uA :0.1/uA :0.1六、常用的集成六、常用的集成PWMPWM控制器介紹控制器介紹28 UC3842UC3842主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 電流放大器增益電流放大器增益/ /倍倍 :3:3 電流放大器最大輸入差分電壓電流放大器最大輸入差分電壓/V :1/V :1 啟動電壓啟動電壓/V :16/V :16 啟動電流啟動電流/mA :1/mA :129封裝及管腳圖3031 UC3

28、842內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖32 UC3842UC3842各組成部分的原理各組成部分的原理 內(nèi)部包含內(nèi)部包含5V5V基準(zhǔn)源，用于電壓調(diào)節(jié)器的誤差放基準(zhǔn)源，用于電壓調(diào)節(jié)器的誤差放大器和峰值電流比較器等。具有可以提供大器和峰值電流比較器等。具有可以提供1A1A峰峰值電流的驅(qū)動電路、電源欠電壓保護(hù)電路等。值電流的驅(qū)動電路、電源欠電壓保護(hù)電路等。 振蕩器的振蕩頻率由外接電阻振蕩器的振蕩頻率由外接電阻R RT T和電容和電容C CT T決定，決定， C CT T也決定死區(qū)時間的長短。死區(qū)時間、開關(guān)頻也決定死區(qū)時間的長短。死區(qū)時間、開關(guān)頻率同率同R RT T和和C CT T關(guān)系如下關(guān)系如下 驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)為推挽結(jié)構(gòu)的

29、跟隨電路，輸出峰驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，輸出峰值電流可達(dá)值電流可達(dá)500mA500mA，可直接驅(qū)動主電路的開關(guān)，可直接驅(qū)動主電路的開關(guān)器件。器件。TDCt300TTTCRf75. 1f ft t：時鐘頻率：時鐘頻率(kHz)(kHz)R RT T：外接電阻：外接電阻(k)(k)C CT T：外接電容：外接電容(uF)(uF)t tD D：死區(qū)時間：死區(qū)時間(us)(us)33 UC3842UC3842各組成部分的原理各組成部分的原理 欠電壓保護(hù)電路對集成欠電壓保護(hù)電路對集成PWMPWM控制器的電源實(shí)施控制器的電源實(shí)施監(jiān)控監(jiān)控。 初上電時，當(dāng)電源電壓低于啟動電壓（初上電時，當(dāng)電源電壓低

30、于啟動電壓（約約16V16V）時）時封鎖封鎖PWMPWM信號輸出信號輸出輸出端輸出端( (引腳引腳6)6)為低電平。為低電平。 當(dāng)電源電壓大于啟動電壓當(dāng)電源電壓大于啟動電壓經(jīng)過軟啟動經(jīng)過軟啟動 UC3842 UC3842內(nèi)內(nèi)部電路開始工作部電路開始工作PWMPWM信號輸出。信號輸出。 若電源電壓跌至保護(hù)閾值（若電源電壓跌至保護(hù)閾值（約約10V10V）以下）以下PWMPWM信號信號被封鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護(hù)主電路開關(guān)器被封鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護(hù)主電路開關(guān)器件。件。 當(dāng)電源電壓再次大于啟動電壓當(dāng)電源電壓再次大于啟動電壓再經(jīng)軟啟動再經(jīng)軟啟動UC3842UC3842內(nèi)部電路重新工作內(nèi)部電路

31、重新工作恢復(fù)恢復(fù)PWMPWM信號輸出信號輸出。34 采用采用UC3842UC3842為控制器構(gòu)成的功率為為控制器構(gòu)成的功率為27W27W反激反激型多路輸出開關(guān)電源。型多路輸出開關(guān)電源。352.SG1525/2525/35252.SG1525/2525/3525 SG3525SG3525主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 最大電源電壓最大電源電壓/V :40/V :40 驅(qū)動輸出峰值電流驅(qū)動輸出峰值電流/mA :500/mA :500 最高工作頻率最高工作頻率/kHz :500/kHz :500 基準(zhǔn)源電壓基準(zhǔn)源電壓/V :5.1/V :5.1 基準(zhǔn)源溫度穩(wěn)定性基準(zhǔn)源溫度穩(wěn)定性/(mV/(mV/):0.3

32、 ):0.3 誤差放大器開環(huán)增益誤差放大器開環(huán)增益/dB :75/dB :75 誤差放大器單位增益帶寬誤差放大器單位增益帶寬/MHz :2/MHz :2 誤差放大器輸入失調(diào)電壓誤差放大器輸入失調(diào)電壓/mV :2 /mV :2 封鎖閾值電壓封鎖閾值電壓/V :0.4/V :0.4 啟動電壓啟動電壓/V :8/V :8 待機(jī)電流待機(jī)電流/mA :14/mA :1436封裝37管腳38 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖39 SG3525SG3525各組成部分的原理各組成部分的原理 SG3525SG3525采用精度為采用精度為1%1%的的5.1V5.1V帶隙基準(zhǔn)源，溫帶隙基準(zhǔn)源，溫度穩(wěn)定性較高、噪聲等級較低，能

33、提供度穩(wěn)定性較高、噪聲等級較低，能提供1-20mA1-20mA的電流，可作為電路中電壓和電流的給定基準(zhǔn)。的電流，可作為電路中電壓和電流的給定基準(zhǔn)。 振蕩器的振蕩頻率由外接電阻振蕩器的振蕩頻率由外接電阻R RT T和電容和電容C CT T決定，決定， C CT T也決定死區(qū)時間的長短。開關(guān)頻率同也決定死區(qū)時間的長短。開關(guān)頻率同R RT T和和C CT T關(guān)關(guān)系如下系如下TDTtCRRf37 . 01ftft：時鐘頻率：時鐘頻率(kHz)(kHz)R RT T：外接電阻：外接電阻(k)(k)C CT T：外接電容：外接電容(uF)(uF)R RD D：引腳：引腳6 6、7 7間跨接的電阻值間跨接的

34、電阻值(k)(k)40 SG3525SG3525各組成部分的原理各組成部分的原理 SG3525SG3525采用電壓模式控制方法采用電壓模式控制方法 振蕩器輸出的時鐘信號觸發(fā)振蕩器輸出的時鐘信號觸發(fā)RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器形成形成PWMPWM信信號上升沿號上升沿主電路的開關(guān)器件導(dǎo)通。主電路的開關(guān)器件導(dǎo)通。 EAEA的輸出信號同振蕩器輸出的三角波信號相比較的輸出信號同振蕩器輸出的三角波信號相比較三角波瞬時值高于三角波瞬時值高于EAEA的輸出的輸出PWMPWM比較器翻轉(zhuǎn)比較器翻轉(zhuǎn)觸觸發(fā)發(fā)RSRS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)形成形成PWMPWM信號下降沿信號下降沿主電路的主電路的開關(guān)器件關(guān)斷。開關(guān)器件關(guān)斷。 RS

35、RS觸發(fā)器輸出的觸發(fā)器輸出的PWMPWM信號的占空比為信號的占空比為0-100%0-100%，考慮，考慮到死區(qū)，最大占空比通常為到死區(qū)，最大占空比通常為90%-95%90%-95%。41 SG3525SG3525各組成部分的原理各組成部分的原理 T T觸發(fā)器作用為分頻器觸發(fā)器作用為分頻器 將將RSRS觸發(fā)器的輸出分頻觸發(fā)器的輸出分頻得到占空比為得到占空比為50%50%、頻率為、頻率為振蕩器頻率振蕩器頻率1/21/2的方波。的方波。 T T觸發(fā)器輸出的兩路互補(bǔ)方波同觸發(fā)器輸出的兩路互補(bǔ)方波同RSRS觸發(fā)器輸出的觸發(fā)器輸出的PWMPWM信號相信號相“或或” 得到兩路互補(bǔ)的占空比為得到兩路互補(bǔ)的占空

36、比為0-50%0-50%的的PWMPWM信號。信號。 考慮到死區(qū)，最大占空比通常為考慮到死區(qū)，最大占空比通常為45%-47.5%45%-47.5%。 PWMPWM信號適用于半橋、全橋、推挽等雙端電路的控制。信號適用于半橋、全橋、推挽等雙端電路的控制。42 SG3525SG3525各組成部分的原理各組成部分的原理 驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，輸出峰值驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，輸出峰值電流可達(dá)電流可達(dá)500mA500mA，可直接驅(qū)動主電路的開關(guān)器件，可直接驅(qū)動主電路的開關(guān)器件。 欠電壓保護(hù)電路對集成欠電壓保護(hù)電路對集成PWMPWM控制器的電源實(shí)施監(jiān)控制器的電源實(shí)施監(jiān)控控。 初上電時，

37、當(dāng)電源電壓低于啟動電壓（約初上電時，當(dāng)電源電壓低于啟動電壓（約8V8V）時）時封封鎖鎖PWMPWM信號輸出信號輸出輸出端輸出端A A、B B為低電平。為低電平。 當(dāng)電源電壓大于啟動電壓當(dāng)電源電壓大于啟動電壓經(jīng)過軟啟動經(jīng)過軟啟動 SG3525 SG3525內(nèi)部內(nèi)部電路開始工作電路開始工作PWMPWM信號輸出。信號輸出。 若電源電壓跌至保護(hù)閾值（約若電源電壓跌至保護(hù)閾值（約7V7V）以下）以下PWMPWM信號被封信號被封鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護(hù)主電路開關(guān)器件。鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護(hù)主電路開關(guān)器件。 當(dāng)電源電壓再次大于啟動電壓當(dāng)電源電壓再次大于啟動電壓再經(jīng)軟啟動再經(jīng)軟啟動 SG3525 S

38、G3525內(nèi)部電路重新工作內(nèi)部電路重新工作恢復(fù)恢復(fù)PWMPWM信號輸出。信號輸出。43 SG3525SG3525各組成部分的原理各組成部分的原理 封鎖電路由引腳封鎖電路由引腳1010的信號控制，一旦有外部信的信號控制，一旦有外部信號觸發(fā)，立即封鎖輸出脈沖信號，給外部保護(hù)號觸發(fā)，立即封鎖輸出脈沖信號，給外部保護(hù)電路提供一個可控的封鎖信號。當(dāng)外部封鎖信電路提供一個可控的封鎖信號。當(dāng)外部封鎖信號撤銷后，號撤銷后， SG3525SG3525要再經(jīng)過一次軟啟動過程，要再經(jīng)過一次軟啟動過程，才重新開始工作。才重新開始工作。44 控制電路以SG3525為核心的推挽型開關(guān)電源45 振蕩器部分的振蕩器部分的R

39、RT T和和C CT T端端( (引腳引腳5 5、6)6)分別對地連接分別對地連接電容和電阻，其取值按下式確定電容和電阻，其取值按下式確定： 在在C CT T端和放電端端和放電端( (引腳引腳5 5、7)7)間跨接放電電阻，通間跨接放電電阻，通常其值為數(shù)歐至數(shù)百歐。調(diào)整放電電阻的大小可常其值為數(shù)歐至數(shù)百歐。調(diào)整放電電阻的大小可以改變死區(qū)時間以改變死區(qū)時間。 誤差放大器通常用作電壓調(diào)節(jié)器，其外圍電路通誤差放大器通常用作電壓調(diào)節(jié)器，其外圍電路通常接成常接成PIDPID電路，以達(dá)到較好的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度、電路，以達(dá)到較好的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)性能。動態(tài)性能。TDTtCRRf37 . 01463.U

40、C1846/2846/3846 采用峰值電流模式控制，用于半橋型、全橋型、推挽型開關(guān)電源的控制。 UC3846主要性能指標(biāo) 最大電源電壓/V :40 驅(qū)動輸出峰值電流/mA :500 最高工作頻率/kHz :500 基準(zhǔn)源電壓/V :5 基準(zhǔn)源溫度穩(wěn)定性/(mV/):0.4 誤差放大器開環(huán)增益/dB :105 誤差放大器單位增益帶寬/MHz :1 誤差放大器輸入失調(diào)電壓/mV :0.5 47 UC3846主要性能指標(biāo) 電流放大器增益/倍 :2.75 電流放大器最大輸入差分電壓/V :1.2 限流偏置電壓/V :0.5 封鎖閾值電壓/V :0.35 啟動電壓/V :7.7 欠電壓保護(hù)閾值滯環(huán)寬度

41、/V :0.75 待機(jī)電流/mA :1748 UC3846內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖49 UC3846各組成部分的原理 UC3846采用精度為1%的帶隙基準(zhǔn)源，溫度穩(wěn)定性較高、噪聲等級較低，能提供1-10mA的電流，可作為電路中電壓和電流的給定基準(zhǔn)。 振蕩器的振蕩頻率由外接電阻RT和電容CT決定， CT也決定死區(qū)時間的長短。死區(qū)時間、開關(guān)頻率同RT和CT關(guān)系如下TDCt145TTTCRf2 . 2ft：時鐘頻率(kHz)RT：外接電阻(k)CT：外接電容(uF)tD：死區(qū)時間(us)50 UC3846各組成部分的原理 UC3846采用峰值電流模式控制方法。 時鐘信號觸發(fā)RS觸發(fā)器形成PWM信號上升沿主電路

42、的開關(guān)器件導(dǎo)通。 開關(guān)器件導(dǎo)通電感電流增長CA輸出增長CA輸出高于EA的輸出比較器翻轉(zhuǎn)觸發(fā)RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)形成PWM信號下降沿主電路的開關(guān)器件關(guān)斷。 RS觸發(fā)器輸出的PWM信號的占空比為0-100%，考慮到死區(qū)，最大占空比通常為90%-95%。 簡單地說，即“開關(guān)器件在固定時刻開通，電流瞬時值達(dá)到電流給定值時，開關(guān)器件關(guān)斷”。51 UC3846各組成部分的原理 T觸發(fā)器作用為分頻器。 將RS觸發(fā)器的輸出分頻得到占空比為50%、頻率為振蕩器頻率1/2的方波。 T觸發(fā)器輸出的兩路互補(bǔ)方波同RS觸發(fā)器輸出的PWM信號相“或” 得到兩路互補(bǔ)的占空比為0-50%的PWM信號。 考慮到死區(qū)，最大占空比通常為

43、45%-47.5%。 PWM信號適用于半橋、全橋、推挽等雙端電路的控制。 驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，輸出峰值電流可達(dá)500mA，可直接驅(qū)動主電路的開關(guān)器件。52 UC3846各組成部分的原理 欠電壓保護(hù)電路對集成PWM控制器的電源實(shí)施監(jiān)控。 初上電時，當(dāng)電源電壓低于啟動電壓（約7.7V）時封鎖PWM信號輸出輸出端A、B為低電平。 當(dāng)電源電壓大于啟動電壓經(jīng)過軟啟動 UC3846內(nèi)部電路開始工作PWM信號輸出。 若電源電壓跌至保護(hù)閾值（約7V）以下PWM信號被封鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護(hù)主電路開關(guān)器件。 當(dāng)電源電壓再次大于啟動電壓再經(jīng)軟啟動 UC3846內(nèi)部電路重新工作恢復(fù)PWM信號輸出

44、。53 UC3846各組成部分的原理 封鎖電路由引腳16的信號控制，一旦有外部信號觸發(fā)，立即封鎖輸出脈沖信號，給外部保護(hù)電路提供一個可控的封鎖信號。當(dāng)外部封鎖信號撤銷后，UC3846要再經(jīng)過一次軟啟動過程，才重新開始工作。54 圖8-10為一個控制電路以UC3846為核心的推挽型開關(guān)電源的原理圖55 振蕩器部分的RT和CT端(引腳8、9)分別對地連接電容和電阻，其取值按下式確定： 誤差放大器通常用作電壓調(diào)節(jié)器，其外圍電路通常接成PID電路 (圖中采用PI電路)，以達(dá)到較好的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)性能。TDCt145TTTCRf2 . 2564.UC1875/2875/3875 采用峰值電流模式

45、控制，用于半橋型、全橋型、推挽型開關(guān)電源的控制。 UC3875主要性能指標(biāo) 最大電源電壓/V :20 驅(qū)動輸出峰值電流/mA :3000 最高工作頻率/kHz :2000 基準(zhǔn)源電壓/V :5 誤差放大器開環(huán)增益/dB :60 誤差放大器單位增益帶寬/MHz :11 誤差放大器輸入失調(diào)電流/uA :0.6 啟動電壓/V :10.75 啟動電流/mA :0.1557 UC3875內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖8-1158 UC3875工作時間信號關(guān)系如圖8-12000000000鋸齒波信號(18)同步信號(17)振蕩器輸出(16)A路輸出(14)B路輸出(13)A、B間死區(qū)C路輸出(9)D路輸出(8)C、D間死

46、區(qū)ttttttttt59 UC3875通過改變外圍電路的接法，可以構(gòu)成電壓模式控制電路或峰值電流模式控制電路。 電壓模式控制電路的接法 將斜率控制引腳18連接到鋸齒波輸入引腳19，EA的輸出信號直接與鋸齒波相比較，控制移相角。EA的輸出電壓越高，越接近0；EA的輸出電壓越低，越接近180。 峰值電流模式控制電路的接法 將電路中的電流反饋連接到鋸齒波輸入引腳19，此時EA作為電壓控制器，EA的輸出為峰值電流控制環(huán)的給定信號，當(dāng)電流反饋達(dá)到EA輸出值時，超前臂換相。60 UC3875構(gòu)成的典型峰值電流模式控制電路如圖8-1361 該電路采用電流互感器構(gòu)成電流反饋，互感器可以串入移相全橋型主電路中變

47、壓器的一次側(cè)，VD9-VD12構(gòu)成橋式整流電路，將交流的電流反饋信號整流成直流脈動信號。A、B、C、D各路輸出引腳直接驅(qū)動脈沖變壓器，用以驅(qū)動全橋電路中的4個開關(guān)器件，VD1-VD8用于保護(hù)UC3875，防止脈沖變壓器的漏感造成過電壓而損壞UC3875。628.2 電壓模式控制電路的設(shè)計 電壓模式控制電路的主要內(nèi)容是電壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)的確定。一、電壓調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)形式 開關(guān)電源通常都要求有較高的輸出電壓穩(wěn)壓精度，一般要求達(dá)到2%以內(nèi)，較好的電源應(yīng)該優(yōu)于0.5%，這樣高的穩(wěn)態(tài)精度采用P調(diào)節(jié)器很難達(dá)到，因此，電壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式都采用PI或PID調(diào)節(jié)器，由于積分環(huán)節(jié)的存在，理論上，輸出電壓的穩(wěn)

48、態(tài)誤差為零。實(shí)際電路中，由于運(yùn)放零偏、漂移和基準(zhǔn)源與反饋電路的誤差等問題，實(shí)際穩(wěn)態(tài)誤差不會為零，但已可以達(dá)到較高的精度。63 上述三種調(diào)節(jié)器的電路形式如圖8-14 在電壓模式控制中，控制量用來直接控制占空比。 在電流模式控制中，電壓調(diào)節(jié)器的控制量作為電流環(huán)的給定信號，用來控制輸出電流。圖（8-14）ur :電壓參考信號，是電壓給定uf :電壓反饋uc :控制量+-ucR1RufurR2+-ucR1RufurR2C1+-ucR1RufurR2C2C164 這三種調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)分別為 PI調(diào)節(jié)器具有1個零點(diǎn)，而PID調(diào)節(jié)器具有2個零點(diǎn)。通常電壓調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器，其結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)整定比較容易

49、。在某些動態(tài)性能要求較高的電源中，可采用PID調(diào)節(jié)器。 注意：微分環(huán)節(jié)的引入會導(dǎo)致反饋信號中高頻成分被放大，容易受到高頻信號的干擾。12RRuuuufrrc sCRsRRsusususufrrc12121 sCRsCRsCRsusususufrrc2122111165二、電壓調(diào)節(jié)器的參數(shù)二、電壓調(diào)節(jié)器的參數(shù) 若電壓調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，需確定2個參數(shù)： 零點(diǎn)1/(R2C1)，一般首先確定 增益R2/R1 零點(diǎn)確定后，可以根據(jù)Bode圖確定增益。確定增益的原則：使相位裕量為3050。LC1確定零點(diǎn)的原則：開關(guān)電源電路的傳函是二階振蕩環(huán)節(jié)，其共軛極點(diǎn)由濾波參數(shù)決定。這一對共軛極點(diǎn)是開關(guān)電路的主導(dǎo)極點(diǎn)，為了較好地補(bǔ)償這一對極點(diǎn)造成的相位滯后，電壓調(diào)節(jié)器的零