第四章-第1節(jié)-直流變換器的控制電路講述

第四章第1節(jié)開關(guān)變換器限制電路高頻開關(guān)穩(wěn)壓:高頻開關(guān)直流變換器中:1.脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）PWM方波的周期T保持不變，變更脈沖寬度ton來穩(wěn)定輸出電壓。運(yùn)用脈寬調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)的反饋限制回路叫脈寬調(diào)制器。2.脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation）PFM保持方波的寬度ton不變，變更脈沖頻率（即周期T）以穩(wěn)定輸出電壓。運(yùn)用脈頻調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)的反饋限制回路叫脈頻調(diào)制器。3.混合調(diào)制方式靠同時(shí)變更方波的寬度ton和脈沖周期T（頻率）來維持輸出電壓。D越大，輸出電壓越大；D越小，輸出電壓越小。開關(guān)電源的限制電路：模擬限制、數(shù)字限制模擬限制：脈沖寬度調(diào)制、脈沖頻率調(diào)制目前“限制電路”現(xiàn)狀在通信高頻開關(guān)電源中，用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開關(guān)管導(dǎo)通截止的驅(qū)動(dòng)方波的限制電路可以是模擬電路也可以是數(shù)字電路。一、脈沖寬度調(diào)制第1節(jié)直流變換器的限制電路反饋限制電路的作用：1、產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的矩形方波2、隨著輸出電壓的變更，限制電路能實(shí)時(shí)變更驅(qū)動(dòng)方波的占空比D，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。1.取樣電路和誤差放大：假如所須要的輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓為u0經(jīng)誤差放大后，得直流輸出uct標(biāo):（1）當(dāng)輸出＝u0時(shí)（2）當(dāng)輸出>u0時(shí)（3）當(dāng)輸出<u0時(shí)2.脈寬調(diào)制原理：在ust與uct的交點(diǎn)t1處，ust＝uct在t0~t1期間，低電位在t1~t2期間，為高電位鋸齒波送入翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器(F/F)，產(chǎn)生兩方波與。將比較器的輸出方波與相與，當(dāng)兩者同時(shí)為高電位時(shí)，輸出才是高電位。開關(guān)電源的輸出電壓與占空比成正比。3.驅(qū)動(dòng)功放：A、B兩限制輸出通道的脈沖信號很小，往往須要功率放大后，再驅(qū)動(dòng)開關(guān)管。這部分電路有很完善的集成塊電路。4、無工頻變壓器開關(guān)電源中的隔離技術(shù)：下面用兩種不同的方框圖說明無工頻變壓器開關(guān)電源的機(jī)架和電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)隔離的方法：

a.用隔離變壓器的方法：輸出整流器、濾波器、取樣、脈寬調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路共地。輸入與輸出之間的隔離是通過高頻變壓器Tr1和驅(qū)動(dòng)變壓器Tr2來實(shí)現(xiàn)的。它適用于任何形式的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。b.用光電耦合器的方法：脈寬調(diào)制器、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)功率器件、輸入整流器、濾波器是共地的，輸入、輸出之間的隔離是通過高頻電源變壓器Tr和光電耦合器來實(shí)現(xiàn)的。作業(yè)：1、若主電路是開關(guān)穩(wěn)壓器，在脈沖寬度調(diào)制電路里是否還需增加電隔離？2、詳述升壓型穩(wěn)壓器是怎樣進(jìn)行自動(dòng)穩(wěn)壓的，設(shè)其運(yùn)用的是脈寬調(diào)制？二、脈沖頻率調(diào)制UrefUoPFM控制脈沖圖4-21脈沖頻率調(diào)制的基本波形圖脈沖頻率調(diào)制(PFM)為定寬調(diào)頻式，保持開關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間ton不變(即將脈沖寬度固定），通過變更開關(guān)周期T（即變更開關(guān)頻率），來調(diào)整占空比的。在電路設(shè)計(jì)上要用固定脈寬發(fā)生器來代替脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器，并利用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器（如壓控振蕩器VCO）變更頻率。如圖4-21所示的工作波形，在輕負(fù)載狀況下變換器只有比較稀的脈沖群，在脈沖群與脈沖群之間功率管都關(guān)斷，電路空閑不工作，電感電流為零，在這個(gè)過程中輸出電容向負(fù)載供電；當(dāng)輸出電容放電使電壓低于預(yù)值電壓（我們要求的輸出電壓），變換器重新工作再產(chǎn)生一些脈沖群使得輸出電容被充電。振蕩器UrefUoUiGND開關(guān)脈沖如圖是脈頻調(diào)制方式的基本電路圖。它的原理是：采樣電壓加在比較器的負(fù)輸入端，預(yù)設(shè)值(我們要求的輸出電壓如48V）為比較器的參考電壓Uref加在比較器的正輸入端。當(dāng)輸出電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，Uref＞U采樣，比較器輸出高電平。該高電平進(jìn)入觸發(fā)器，使觸發(fā)器開通，振蕩器輸出的方波通過觸發(fā)器傳到開關(guān)管，驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管。當(dāng)輸出電壓高于預(yù)設(shè)值時(shí)，Uref＜U采樣，比較器輸出低電平。該低電平進(jìn)入觸發(fā)器，使觸發(fā)器閉鎖，從而振蕩器輸出的方波不能通過觸發(fā)器，功率管處于斷開狀態(tài)。這樣，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的脈沖寬度不變而開關(guān)周期變長，使占空比減小，從而起到穩(wěn)壓的作用。比較器采樣電壓U采樣三、數(shù)字限制傳統(tǒng)的模擬限制運(yùn)用比較器、誤差放大器和模擬調(diào)變器等元器件來調(diào)整電源輸出電壓以及功率因數(shù)校正，雖然這些為人熟知的電路架構(gòu)己經(jīng)運(yùn)用數(shù)十年，但是它們?nèi)允艿胶芏嘞拗啤?、模擬限制電路因?yàn)檫\(yùn)用很多元器件而須要很大空間。2、這些元器件本身的值會隨著運(yùn)用時(shí)間、溫度和其環(huán)境條件的變更而變動(dòng)，對系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)實(shí)力造成負(fù)面影響。3、模擬限制的限制響應(yīng)特性是由分立元器件的值確定的，因此無法為全部電源值或負(fù)載點(diǎn)供應(yīng)最優(yōu)化的限制響應(yīng)。4、模擬系統(tǒng)的測試和修理都特別困難。用數(shù)字限制代替模擬限制，與模擬限制的原理一樣，數(shù)字限制也接受閉環(huán)回路反饋限制理論來穩(wěn)定電源輸出電壓，只不過數(shù)字限制是先將模擬參數(shù)（如輸入和輸出電壓以及電流等）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后完全在數(shù)字域里對這此參數(shù)進(jìn)行必要的處理(即將輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并傳送給一個(gè)數(shù)字限制器)，再由數(shù)字限制器利用這些信息計(jì)算出新的限制輸出。15相較模擬限制器，數(shù)字限制的優(yōu)點(diǎn)：1、能實(shí)現(xiàn)更困難的限制算法，例如更實(shí)時(shí)變更限制響應(yīng)特性能讓電源在各種輸入電壓或負(fù)載點(diǎn)下都能達(dá)到最志向的快速相應(yīng)結(jié)果。2、數(shù)字化電源還具備完整的可編程實(shí)力，這使它們的修改特別簡潔。3、數(shù)字限制可以省下原本須要外接的臨界值設(shè)定和時(shí)序元器件，不但節(jié)約成本和電路板面積，還能避開分立無派元件的生產(chǎn)變異、溫度梯度和元器件公差等問題。4、它還能發(fā)揮各種經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，包括更低成本、更大的最終產(chǎn)品市場。5、在電源中引