開關電源-控制電路設計

1、1控制電路的設計控制電路的設計引言引言8.1 8.1 控制電路結構和主要組成部分的控制電路結構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計電壓模式控制電路的設計8.3 8.3 峰值電流模式控制電路的設計峰值電流模式控制電路的設計8.4 8.4 平均電流模式控制電路的設計平均電流模式控制電路的設計2 引引 言言 開關電源的主電路主要處理電能，而控制開關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器件的工作。電源的它控制著主電路開關器件的工作。電源的很多指標，如穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、紋波、輸出很多指標，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。控制電路的設特性等也與控制電路相關?？刂齐娐返脑O計質量對電源的性能至關重要，是設計工計質量對電源的性能至關重要，是設計工作的重點。作的重點。 控制電路功能眾多，相對復雜，設計內容控制電路功能眾多，相對復雜，設計內容復雜，周期較長，甚至可能出現反復，有復雜，周期較長，甚至可能出現反復，有時一些參數的確定還需要通過試驗來得到。時一些參數的確定還需要通過試驗來得到。38.1 8.1 控制電路結構和主要組成部分的原理控制電路結構和主要組成部分的原理 控制電路的結構控制電路的結構調節(jié)器調節(jié)器PWM驅動驅動基準源基準源保護保護并機均流并機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/溫度溫度連接并機線連接并機線u* i*ufif圖（8-1）4一、驅動電路一、驅動電路 驅動電路是控制電路與主電路的接口，同驅動電路是控制電路與主電路的接口，同開關電源的可靠性、效率等性能密切相關。開關電源的可靠性、效率等性能密切相關。驅動電路需要有很高的快速性，能提供一驅動電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅動功率，并具有較高的抗干擾和隔定的驅動功率，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲能力。離噪聲能力。二、調節(jié)器電路二、調節(jié)器電路 調節(jié)器的作用是將給定量和反饋量進行比調節(jié)器的作用是將給定量和反饋量進行比較和運算，得到控制量。調節(jié)器的核心是較和運算，得到控制量。

4、調節(jié)器的核心是運算放大器。運算放大器。5三、并機均流電路三、并機均流電路 開關電源經常需要并機組成系統運行，以開關電源經常需要并機組成系統運行，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。 根據各種負載對供電可靠性要求的不同，根據各種負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行方式電源可以采用以下幾種不同的運行方式： 單機運行單機運行 采用單一電源向負載供電采用單一電源向負載供電。 特點：結構簡單、成本低、但可靠性不高，一旦電特點：結構簡單、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并機均流控制的原理并機均流控制的原理 并聯運行并聯

5、運行 N個電源并聯構成的電源系統向負載供電，每個電源個電源并聯構成的電源系統向負載供電，每個電源的功率為負載所需功率的的功率為負載所需功率的1/N。 特點：每個電源發(fā)生故障時，供電不中斷，僅是最大特點：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。電源數量多，成本上升。用于可供電能力有所降低。電源數量多，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 并聯冗余運行并聯冗余運行 N+M個電源并聯工作，每個電源的功率為負載最大個電源并聯工作，每個電源的功率為負載最大功率的功率的1/N。運行時，每個電源平均承擔負載功率。運行時，每個電源平均承擔負載功率。 特點：發(fā)生故障的電源數

6、量小于等于特點：發(fā)生故障的電源數量小于等于M時，電源系時，電源系統仍能提供負載所需的全部功率。電源數量多，成統仍能提供負載所需的全部功率。電源數量多，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。 為了達到可靠性目的，應盡量使并聯運行為了達到可靠性目的，應盡量使并聯運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 電源并聯后輸出電流不相等的原因電源并聯后輸出電流不相等的原因： 在輸出電壓相同的條件下，電壓調節(jié)器誤差信號在輸出電壓相同的條件下，電壓調節(jié)器誤差信號 不同，這反映了電路參數的分散性不同，這反映了電路參數的分散性。 為了補償這種分散性，使各

7、電源的輸出電流為了補償這種分散性，使各電源的輸出電流相等，并且電壓調節(jié)器誤差信號都等于零。相等，并且電壓調節(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置均流電路。設置均流電路。 并聯均流方式可以分為并聯均流方式可以分為： 利用輸出電壓調整率均流（利用輸出電壓調整率均流（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整率，流變化而變化的程度，即兩者之比稱為輸出電壓調整率，它反映了電源等效內阻的大小。人為增大各電源等效內它反映了電源等效內阻的大小。人為增大各電源等效內阻，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，其電壓調節(jié)器輸出作主控制器穩(wěn)壓，其電壓調節(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行，均流精度高，可達流源運行，均流精度高，可達0.5%。缺點是主控制器。缺點是主控制器一旦損壞，則系統癱瘓。一旦損壞，則系統癱瘓。） 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電纜或稱均流總線來傳遞均流信號，每個電源過并機電纜或稱均流總線來傳遞均流信號，每個電源根據均流信號調節(jié)自身輸出電流，達到相互一致目根據均流信號調節(jié)自身輸出電流，達到相互一致目的。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，加到本電源的電壓給定中。當誤差號之差乘以比例系數，加到本電源的電壓給定中。當誤差增大時，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，分得更多的負載電流。提高，

10、分得更多的負載電流。 缺點缺點：通過調節(jié)電壓給定來調節(jié)輸出電流，會造成輸出電通過調節(jié)電壓給定來調節(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；同時若比例系數過大，則會造同時若比例系數過大，則會造成輸出電壓競相上升，可能導致嚴重事故。成輸出電壓競相上升，可能導致嚴重事故。若限定電壓范若限定電壓范圍，則當均流電路調節(jié)能力達到極限時，電源只能退出均圍，則當均流電路調節(jié)能力達到極限時，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節(jié)器，其輸出作為電源的電流各電源公用一個電壓調節(jié)器，其輸出作為電源的電流給定，每個電源含有電流調

11、節(jié)器，由于每個電源的電給定，每個電源含有電流調節(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。實際系統流給定相同，因此各自輸出電流是一樣的。實際系統中，每個電源都含有電壓調節(jié)器，在運行時電壓調節(jié)中，每個電源都含有電壓調節(jié)器，在運行時電壓調節(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，對應最大值的是主機，其他電源為從機。值，對應最大值的是主機，其他電源為從機。 注意注意：均流電路的設計，不僅要使各并聯開關電源模塊在均流電路的設計，不僅要使各并聯開關電源模塊在正常工作情況下能夠均流運行，而且應該考慮當本模塊發(fā)正常工作情況下能夠均流運行

12、，而且應該考慮當本模塊發(fā)生故障時，不應顯著影響其他模塊的工作生故障時，不應顯著影響其他模塊的工作。12四、保護電路四、保護電路 控制電路應包含保護電路，保護電路包含自控制電路應包含保護電路，保護電路包含自身保護和負載保護兩方面的功能。一旦出現身保護和負載保護兩方面的功能。一旦出現故障，立即使開關電路停止工作，并以聲或故障，立即使開關電路停止工作，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，并且不損壞負載。不損壞，并且不損壞負載。 自我保護功能自我保護功能： 輸入過電壓輸入過電壓 系統過熱系統過熱 輸入欠電壓、過電流輸入欠電壓、過電流 負載保護功能

13、負載保護功能： 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、過熱保護電路輸入過電壓、輸入欠電壓、過熱保護電路中，應采用滯環(huán)比較器，以便在故障情況中，應采用滯環(huán)比較器，以便在故障情況消失后，電源可以自動恢復工作。消失后，電源可以自動恢復工作。 過電流保護電路應采用鎖存器將過電流信過電流保護電路應采用鎖存器將過電流信號鎖存。并且，鎖存器應附加復位電路，號鎖存。并且，鎖存器應附加復位電路，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位電路，以降低過電用時間較長的延時復位電路，以降低過電流保護的頻度。流保護的頻度。 輸出過電壓和

14、欠電壓通常由電源或負載的輸出過電壓和欠電壓通常由電源或負載的嚴重故障引起，也應采用鎖存器將故障信嚴重故障引起，也應采用鎖存器將故障信號鎖存，一旦出現，應立即停機報警，等號鎖存，一旦出現，應立即停機報警，等待人工干預。待人工干預。14 典型的過電壓保護電路典型的過電壓保護電路 R R1 1、R R2 2構成的分壓電路作為構成的分壓電路作為 輸入電壓輸入電壓U Ui i的檢測電路，的檢測電路，A A 點電壓為點電壓為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構成滯環(huán)構成滯環(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。 調節(jié)調節(jié)RPRP可以改變過電壓?？梢愿淖冞^電壓保 護的限值。護的限值。 原理原理： UAUA* *R4/(R3+R4)R4/(R3+R4)高于高于U UH H比較器翻轉比較器翻轉輸出電壓輸出電壓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翻轉輸出電壓輸出電壓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串電流互感器的一次側串 入主電路中，變壓器一次入主電路中，變壓器一次 側支路或開關支路，用側支路或開關支路，用 以檢測電流。以檢測電流。R R1 1是電流是電流 互感器二次側的電流采互感器二次側的電流采 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比。繞組與一次繞組的匝數比。 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)器翻轉轉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全部關斷關全部關斷主電路各支路電流為零主電路各支路電流為零保護。保護。復位復位去封鎖去封鎖PWMPWM輸出輸出is+ +-SRQ1:n1:n電流電流互感器互感器R1uR1uH圖（8-3）C116 一次電流保護后，若要重啟電路，則必須一次電流保護后，若要重啟電路，則必須在在RSRS觸發(fā)器的觸發(fā)器的R R端施加復位信號，使端施加復位信號，使RSRS

18、觸發(fā)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)重新變?yōu)榈碗娖剑麟娐分仄鞯妮敵鰻顟B(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: :將在一定范圍內連續(xù)變化的控制量將在一定范圍內連續(xù)變化的控制量( (模擬信號模擬信號) )轉換為轉換為PWMPWM信號，該信號的開關信號，該信號的開關頻率固定，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 開關電源的控制方式開關電源的控制方式 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)，電流控制內環(huán)：電壓反饋控制外環(huán)，電流控制內環(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)的控制系統中，增加了直接或間在輸出電壓閉環(huán)的控制系統中，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：電流控制方式的優(yōu)點： （1 1）系

20、統的穩(wěn)定性增強，穩(wěn)定域擴大。）系統的穩(wěn)定性增強，穩(wěn)定域擴大。 （2 2）系統動態(tài)特性改善。輸出電壓中由輸系統動態(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置輸出短控制模式后，電源中可以不必再設置輸出短路保護電路。路保護電路。19 電壓控制模式的結構圖電壓控制模式的結構圖+u u* *VRVRPWMPWMu uf fL LC CR RL L+u u* *VRVRPWMPWMu uf fL LC CR RL L+i i* *IRIRi ifkfk

21、電流控制模式的結構圖電流控制模式的結構圖20 峰值電流模式峰值電流模式 峰值電流模式控制系統的結構圖如圖峰值電流模式控制系統的結構圖如圖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 開關的開通由開關的開通由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開關開通開關開通iL上升至給上升至給定值定值iR比較器輸出信號翻轉比較器輸出信號翻轉RSFF復位復位,Q=0開關復位。開關復位。 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)點峰值電流模式優(yōu)點：控制系統穩(wěn)定性好、：控制系統穩(wěn)定性好、響應速度快、實現容易、并能限制電路中響應速度快、實現容易、并能限制電路中的峰值電流，從而保護器件，因此得到了的峰值電流，從而保護器件，因此得到了廣泛應用，是目前使用最為廣泛的電流模廣泛應用，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峰值電流模式的缺點： 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、關電源來說，是不允確控制電感電流平均值的開關電源來說，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過程的噪聲信號，容易造成比較器的誤動作，關過程的噪聲信號，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調節(jié)器作為電流調節(jié)器，并將調節(jié)器作為

24、電流調節(jié)器，并將調節(jié)器輸出的控制量調節(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，用以控制開關的通與斷。用以控制開關的通與斷。+Ui-S+ +- -+ +- -ususucucLSiL-iRiL+ +- -+ +- -usus24 常見的集成PWM控制器內部電路的典型結構如圖圖（8-4）+ +- -基準源基準源欠電壓保護欠電壓保護封鎖封鎖振蕩器振蕩器分頻器分頻器驅動驅動A A驅動驅動B BPWMPWM比較器比較器+ +- -u uc cEAEA2526 驅動電路驅動電路：結構通常為推挽結構的跟隨電路，：結構

25、通常為推挽結構的跟隨電路，用來提供足夠的驅動功率，以有效地驅動主電用來提供足夠的驅動功率，以有效地驅動主電路的開關器件。路的開關器件。 欠電壓保護電路欠電壓保護電路：對集成對集成PWMPWM控制器的電源實控制器的電源實施監(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，就封鎖輸出驅動脈沖，以免電源掉電過程中，輸出混輸出驅動脈沖，以免電源掉電過程中，輸出混亂的脈沖信號而造成開關器件的損壞亂的脈沖信號而造成開關器件的損壞。 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，給外部保護電出發(fā)，立即封鎖輸出脈沖信號，給外部

26、保護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，專門用于構成，專門用于構成正正激型、反激型等開關電源激型、反激型等開關電源的控制電路。的控制電路。 UC3842UC3842主要性能指標主要性能指標 最大電源電壓最大電源電壓/V :36/V :36 驅動輸出峰值電流驅動輸出峰值電流/mA :1000/mA :1000 最高工作頻率最高工作頻率/kHz :500/kHz :500 基準源電壓基準源電壓/V :5/V :5 基準源溫度穩(wěn)定性基準源溫度穩(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電壓誤差放大器輸入失調電壓/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主要性能指標主要性能指標 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內部結構如圖32 UC3842UC3842各組成部分的原理各組成部分的原理 內部包含內部包含5V5V基準源，用于電壓調節(jié)器的誤差放基準源，用于電壓調節(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峰峰值電流的驅動電路、電源欠電壓保護電路等。值電流的驅動電路、電源欠電壓保護電路等。 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、開關頻也決定死區(qū)時間的長短。死區(qū)時間、開關頻率同率同R RT T和和C CT T關系如下關系如下 驅動電路結構為推挽結構的

29、跟隨電路，輸出峰驅動電路結構為推挽結構的跟隨電路，輸出峰值電流可達值電流可達500mA500mA，可直接驅動主電路的開關，可直接驅動主電路的開關器件。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 欠電壓保護電路對集成欠電壓保護電路對集成PWMPWM控制器的電源實施控制器的電源實施監(jiān)控監(jiān)控。 初上電時，當電源電壓低于啟動電壓（初上電時，當電源電壓低

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。 當電源電壓大于啟動電壓當電源電壓大于啟動電壓經過軟啟動經過軟啟動 UC3842 UC3842內內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閾值（若電源電壓跌至保護閾值（約約10V10V）以下）以下PWMPWM信號信號被封鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護主電路開關器被封鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護主電路開關器件。件。 當電源電壓再次大于啟動電壓當電源電壓再次大于啟動電壓再經軟啟動再經軟啟動UC3842UC3842內部電路重新工作內部電路

31、重新工作恢復恢復PWMPWM信號輸出信號輸出。34 采用采用UC3842UC3842為控制器構成的功率為為控制器構成的功率為27W27W反激反激型多路輸出開關電源。型多路輸出開關電源。352.SG1525/2525/35252.SG1525/2525/3525 SG3525SG3525主要性能指標主要性能指標 最大電源電壓最大電源電壓/V :40/V :40 驅動輸出峰值電流驅動輸出峰值電流/mA :500/mA :500 最高工作頻率最高工作頻率/kHz :500/kHz :500 基準源電壓基準源電壓/V :5.1/V :5.1 基準源溫度穩(wěn)定性基準源溫度穩(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電壓誤差放大器輸入失調電壓/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 待機電流待機電流/mA :14/mA :1436封裝37管腳38 SG3525內部結構圖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帶隙基準源，溫帶隙基準源，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。的電流，可作為電路中電壓和電流的給定基準。 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。開關頻率同也決定死區(qū)時間的長短。開關頻率同R RT T和和C CT T關關系如下系如下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器件導通。主電路的開關器件導通。 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比較器翻轉比較器翻轉觸觸發(fā)發(fā)RSRS觸發(fā)器翻轉觸發(fā)器翻轉形成形成PWMPWM信號下降沿信號下降沿主電路的主電路的開關器件關斷。開關器件關斷。 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)器輸出的兩路互補方波同觸發(fā)器輸出的兩路互補方波同RSRS觸發(fā)器輸出的觸發(fā)器輸出的PWMPWM信號相信號相“或或” 得到兩路互補的占空比為得到兩路互補的占空

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 驅動電路結構為推挽結構的跟隨電路，輸出峰值驅動電路結構為推挽結構的跟隨電路，輸出峰值電流可達電流可達500mA500mA，可直接驅動主電路的開關器件，可直接驅動主電路的開關器件。 欠電壓保護電路對集成欠電壓保護電路對集成PWMPWM控制器的電源實施監(jiān)控制器的電源實施監(jiān)控控。 初上電時，

37、當電源電壓低于啟動電壓（約初上電時，當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。 當電源電壓大于啟動電壓當電源電壓大于啟動電壓經過軟啟動經過軟啟動 SG3525 SG3525內部內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閾值（約若電源電壓跌至保護閾值（約7V7V）以下）以下PWMPWM信號被封信號被封鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護主電路開關器件。鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護主電路開關器件。 當電源電壓再次大于啟動電壓當電源電壓再次大于啟動電壓再經軟啟動再經軟啟動 SG3525 S

38、G3525內部電路重新工作內部電路重新工作恢復恢復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，給外部保護號觸發(fā)，立即封鎖輸出脈沖信號，給外部保護電路提供一個可控的封鎖信號。當外部封鎖信電路提供一個可控的封鎖信號。當外部封鎖信號撤銷后，號撤銷后， SG3525SG3525要再經過一次軟啟動過程，要再經過一次軟啟動過程，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，通常其值為數歐至數百歐。調整放電電阻的大小可常其值為數歐至數百歐。調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節(jié)器，其外圍電路通誤差放大器通常用作電壓調節(jié)器，其外圍電路通常接成常接成PIDPID電路，以達到較好的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度、電路，以達到較好的穩(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、推挽型開關電源的控制。 UC3846主要性能指標 最大電源電壓/V :40 驅動輸出峰值電流/mA :500 最高工作頻率/kHz :500 基準源電壓/V :5 基準源溫度穩(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電壓/mV :0.5 47 UC3846主要性能指標 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 欠電壓保護閾值滯環(huán)寬度

41、/V :0.75 待機電流/mA :1748 UC3846內部結構圖如圖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。 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、開關頻率同RT和CT關系如下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、的開關器件導通。 開關器件導通電感電流增長CA輸出增長CA輸出高于EA的輸出比較器翻轉觸發(fā)RS觸發(fā)器翻轉形成PWM信號下降沿主電路的開關器件關斷。 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“開關器件在固定時刻開通，電流瞬時值達到電流給定值時，開關器件關斷”。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)器輸出的兩路互補方波同RS觸發(fā)器輸出的PWM信號相“或” 得到兩路互補的占空比為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。 驅動電路結構為推挽結構的跟隨電路，輸出峰值電流可達500mA，可直接驅動主電路的開關器件。52 UC3846各組成部分的原理 欠電壓保護電路對集成PWM控制器的電源實施監(jiān)控。 初上電時，當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。 當電源電壓大于啟動電壓經過軟啟動 UC3846內部電路開始工作PWM信號輸出。 若電源電壓跌至保護閾值（約7V）以下PWM信號被封鎖，避免輸出混亂脈沖，以保護主電路開關器件。 當電源電壓再次大于啟動電壓再經軟啟動 UC3846內部電路重新工作恢復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，給外部保護電路提供一個可控的封鎖信號。當外部封鎖信號撤銷后，UC3846要再經過一次軟啟動過程，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節(jié)器，其外圍電路通常接成PID電路 (圖中采用PI電路)，以達到較好的穩(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、推挽型開關電源的控制。 UC3875主要性能指標 最大電源電壓/V :20 驅動輸出峰值電流/mA :3000 最高工作頻率/kHz :2000 基準源電壓/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電流/uA :0.6 啟動電壓/V :10.75 啟動電流/mA :0.1557 UC3875內部結構圖如圖8-1158 UC3875工作時間信號關系如圖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，當電流反饋達到EA輸出值時，超前臂換相。60 UC3875構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，VD9-VD12構成橋式整流電路，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動脈沖變壓器，用以驅動全橋電路中的4個開關器件，VD1-VD8用于保護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計 電壓模式控制電路的主要內容是電壓調節(jié)器的結構形式和參數的確定。一、電壓調節(jié)器結構形式 開關電源通常都要求有較高的輸出電壓穩(wěn)壓精度，一般要求達到2%以內，較好的電源應該優(yōu)于0.5%，這樣高的穩(wěn)態(tài)精度采用P調節(jié)器很難達到，因此，電壓調節(jié)器的結構形式都采用PI或PID調節(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。實際電路中，由于運放零偏、漂移和基準源與反饋電路的誤差等問題，實際穩(wěn)態(tài)誤差不會為零，但已可以達到較高的精度。63 上述三種調節(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 這三種調節(jié)器的傳遞函數分別為 PI調節(jié)器具有1個零點，而PID調節(jié)器具有2個零點。通常電壓調節(jié)器都采用PI調節(jié)器，其結構簡單，參數整定比較容易

49、。在某些動態(tài)性能要求較高的電源中，可采用PID調節(jié)器。 注意：微分環(huán)節(jié)的引入會導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、電壓調節(jié)器的參數二、電壓調節(jié)器的參數 若電壓調節(jié)器采用PI調節(jié)器，需確定2個參數： 零點1/(R2C1)，一般首先確定 增益R2/R1 零點確定后，可以根據Bode圖確定增益。確定增益的原則：使相位裕量為3050。LC1確定零點的原則：開關電源電路的傳函是二階振蕩環(huán)節(jié)，其共軛極點由濾波參數決定。這一對共軛極點是開關電路的主導極點，為了較好地補償這一對極點造成的相位滯后，電壓調節(jié)器的零