控制电路的设计.ppt
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1、前面介绍了功率转换电路、逆变电路、推挽、全前面介绍了功率转换电路、逆变电路、推挽、全桥、半桥、单端正激反激以及输出整流滤波电路、桥、半桥、单端正激反激以及输出整流滤波电路、输出滤波电路,工频整流滤波电路和高频变压器,输出滤波电路,工频整流滤波电路和高频变压器,以上电路和器件统称为以上电路和器件统称为主电路主电路。一下介绍电源其余的电路,称为一下介绍电源其余的电路,称为控制电路控制电路,以,以PWM为例。为例。第八章第八章 控制电路控制电路一、功能一、功能1.提供两组等幅等宽互补脉冲,并且其脉冲宽度可调;提供两组等幅等宽互补脉冲,并且其脉冲宽度可调;2.通过适当的闭环负反馈控制,建立电源输出变化
2、量与脉通过适当的闭环负反馈控制,建立电源输出变化量与脉冲调整变化量的关系以实现电源的输出特性;冲调整变化量的关系以实现电源的输出特性;3.实现输出电压的软启动;实现输出电压的软启动;4.负载发生过流或短路时应能限制电源输出电流或切断电负载发生过流或短路时应能限制电源输出电流或切断电源输出,实现对负载和电源的过流保护和电压调整;源输出,实现对负载和电源的过流保护和电压调整;5.当电源输出过电压时,迅速切断电源输出,对负载提供当电源输出过电压时,迅速切断电源输出,对负载提供保护;保护;6.其他如隔离、遥控、程控和并联均流等。其他如隔离、遥控、程控和并联均流等。8.1 控制电路的功能和结构控制电路的
3、功能和结构第八章第八章 控制电路控制电路第八章第八章 控制电路控制电路二、结构二、结构第八章第八章 控制电路控制电路二、控制电路的结构二、控制电路的结构1、驱动电路、驱动电路 控制电路与功率开关管的接口,提供一定的驱动功率。控制电路与功率开关管的接口,提供一定的驱动功率。2、调节器电路、调节器电路 作用:将给定量和反馈量进行比较和运算,得到控制量。作用:将给定量和反馈量进行比较和运算,得到控制量。核心:运算放大器核心:运算放大器3、并机均流电路、并机均流电路 目的:获得更大的容量和更高的可靠性。如目的:获得更大的容量和更高的可靠性。如UC3907二、控制电路的结构二、控制电路的结构4、保护电路
4、、保护电路 保证开关电源在正常和非正常使用情况下的可靠性。保证开关电源在正常和非正常使用情况下的可靠性。包括:自保护功能和负载保护功能包括:自保护功能和负载保护功能 自保护功能:输入过电压、输入欠电压、系统过热、过电流等等自保护功能:输入过电压、输入欠电压、系统过热、过电流等等 负载保护功能:输出过电压、输出欠电压负载保护功能:输出过电压、输出欠电压 滞环比较器:故障消失后自动恢复滞环比较器:故障消失后自动恢复 过电流保护锁存电路:复位电路过电流保护锁存电路:复位电路 输出过电压和欠电压锁存电路:停机报警,人工干预输出过电压和欠电压锁存电路:停机报警,人工干预第八章第八章 控制电路控制电路第八
5、章第八章 控制电路控制电路4、保护电路、保护电路5、PWM控制电路控制电路第八章第八章 控制电路控制电路功能:将在一定范围内连续变化的控制量(模拟信号)转换为功能:将在一定范围内连续变化的控制量(模拟信号)转换为PWM信号。信号。分类:电压模式和电流模式(峰值电流模式、平均电流模式和电荷模式)分类:电压模式和电流模式(峰值电流模式、平均电流模式和电荷模式)第八章第八章 控制电路控制电路PWM控制器:控制器:主要包括误差放大器(主要包括误差放大器(EA)、振荡器、)、振荡器、PWM比较器、驱动、基准源、保护电路比较器、驱动、基准源、保护电路等。等。第八章第八章 控制电路控制电路PWM控制器:控制
6、器:1、基准源、基准源2、振荡器、振荡器3、误差放大器、误差放大器4、PWM比较器比较器5、驱动电路、驱动电路6、欠电压保护电路、欠电压保护电路7、封锁电路、封锁电路8、软起动、软起动 为避免起动时输入电流过大,输出电压过冲和变压器饱和等问题,需设置软为避免起动时输入电流过大,输出电压过冲和变压器饱和等问题,需设置软起动电路,使脉宽触发信号有一个从零逐渐增大的过程,以减小以上问题起动电路,使脉宽触发信号有一个从零逐渐增大的过程,以减小以上问题。9、干扰抑制、干扰抑制 误差放大器输出信号可能发生尖峰和振荡,从而和锯齿波比较时会出现多个误差放大器输出信号可能发生尖峰和振荡,从而和锯齿波比较时会出现
7、多个交点,使交点,使PWM比较器在一个锯齿波周期输出多个脉冲,为消除此影响,使比较器在一个锯齿波周期输出多个脉冲,为消除此影响,使PWM脉冲经锁馈器后再输出。脉冲经锁馈器后再输出。10、死区时间控制、死区时间控制 由于晶体管的存储时间和基极驱动脉冲太宽,推挽电路的上下两管或桥式由于晶体管的存储时间和基极驱动脉冲太宽,推挽电路的上下两管或桥式电路同一桥臂的两管会产生同时导通,二造成电源瞬时短路,损坏功率管,故电路同一桥臂的两管会产生同时导通,二造成电源瞬时短路,损坏功率管,故需控制死区时间以控制脉冲宽度,将振荡器时钟脉冲接反相器后分别介入输出需控制死区时间以控制脉冲宽度,将振荡器时钟脉冲接反相器
8、后分别介入输出与门。与门。第八章第八章 控制电路控制电路PWM信号产生电路信号产生电路主要由误差放大器和主要由误差放大器和PWM比较器构成,可以实现脉冲信比较器构成,可以实现脉冲信号产生和脉宽调制,利用触发器和两个与门实现了号产生和脉宽调制,利用触发器和两个与门实现了PWM输出信号的分组,获得两组等幅等宽互补脉冲。见下图:输出信号的分组,获得两组等幅等宽互补脉冲。见下图:第八章第八章 控制电路控制电路第八章第八章 控制电路控制电路8.2 PWM集成控制器(芯片)集成控制器(芯片)一、SG1525/2525/3525第九章第九章 控制电路控制电路一、SG1525/2525/3525第八章第八章
9、控制电路控制电路第八章第八章 控制电路控制电路二、UC1842/2842/38421管脚排列管脚排列 UC3842COMPUFBISENSERT/CTOUTPUTGndREFVcc12345678UC3842管脚图COMP:误差放大器输出。误差放大器输出。UFB:反馈电压输入端。它与内部反馈电压输入端。它与内部2.5VDC基准电源比较,产生误差电压来控制调基准电源比较,产生误差电压来控制调节脉冲宽度。节脉冲宽度。ISENSE:接电感电流传感器。当采样电压大于接电感电流传感器。当采样电压大于1VDC时,缩小脉冲宽度,使电源时,缩小脉冲宽度,使电源处于断续工作状态。处于断续工作状态。RT/CT:定
10、时阻容端。频率定时阻容端。频率f=1.8/(CTRT)。Gnd:地。地。OUTPUT:输出端。输出端。Vcc:电源。电源。10-13VDC,关闭电压,关闭电压10VDC。REF:内部基准电源输出,内部基准电源输出,5VDC+/-0.1VDC,50mA。第八章第八章 控制电路控制电路2主要特性主要特性 用于用于20-50W的小功率开关电源,管脚少,电路简单。的小功率开关电源,管脚少,电路简单。1单输出级,可以驱动单输出级,可以驱动MOS、晶体管。、晶体管。2PWM芯片。芯片。3工作频率工作频率500kHz。4低启动和工作电流,启动电流小于低启动和工作电流,启动电流小于1mA,工作电流,工作电流1
11、5mA。5大电流图腾柱输出,大电流图腾柱输出,1A。6带欠压封锁保护。带欠压封锁保护。第八章第八章 控制电路控制电路二、UC1842/2842/38423芯片原理芯片原理第八章第八章 控制电路控制电路5V基准内部偏置SR电流取样比较器PWM锁存误差放大器振荡器VrefTUccGNDCT/RTUFBCOMPISENSEOUTPUTUREFUVLO2RR2.5VDC二、UC1842/2842/3842UC3842电源控制芯片原理框图3芯片原理芯片原理第八章第八章 控制电路控制电路内部包括振荡器、误差放大器、电流比较器、内部包括振荡器、误差放大器、电流比较器、PWM锁存、锁存、5VDC基准电基准电源
12、、输出电路等。源、输出电路等。l 5VDC基准电源基准电源:内部电源,经衰减得到内部电源,经衰减得到2.5VDC作为误差比较器的比较基作为误差比较器的比较基 准。该电源还可以提供外部准。该电源还可以提供外部5VDC/50mA。l 振荡器振荡器:产生方波振荡。产生方波振荡。RT接在接在4、8(REF)脚之间,)脚之间,CT接接4、5(GND)之间。频率)之间。频率f=1.8/(CTRT)。最大。最大500kHz。l 误差放大器误差放大器:由由UFB端输入的反馈电压和端输入的反馈电压和2.5VDC做比较,误差电压做比较,误差电压COMP用于调节脉冲宽度。用于调节脉冲宽度。COMP端引出接外部端引出
13、接外部RC网络,以改变增益和频率特性。网络,以改变增益和频率特性。l 输出电路输出电路:图腾柱输出结构,电路图腾柱输出结构,电路1A,驱动,驱动MOS管及双极型晶体管。管及双极型晶体管。l 电流取样比较器电流取样比较器:3脚脚ISENSE用于检测开关管电流,可以用电阻或电流互用于检测开关管电流,可以用电阻或电流互感器采样,当感器采样,当VISENSE1VDC时,关闭输出脉冲,使开关管关断。这实际上时,关闭输出脉冲,使开关管关断。这实际上是一个过流保护电路。是一个过流保护电路。l 欠压锁定电路欠压锁定电路UVLO:开通阈值开通阈值16VDC,关闭阈值,关闭阈值10VDC。具有滞回特性。具有滞回特
14、性。l PWM锁存电路锁存电路:保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期,即所谓逐保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期,即所谓逐脉冲控制。脉冲控制。l 另外,另外,UCC与与GND之间的稳压管用于保护,防止器件损坏。之间的稳压管用于保护,防止器件损坏。第八章第八章 控制电路控制电路4应用电路应用电路第八章第八章 控制电路控制电路UC3842ViR6115VACR1R3C1R2C5C2C3C4CTC6C7C8C9C10C11C12C13C14R4R5R7RTR8R9R10R11VD1VD2VD3VD4VD5VD6L1L2L3+5VDCGnd+12VDCGnd-12VDCISENSEOUTGn
15、dVccVREFRT/CTUFBCOMP四应用电路四应用电路UC3842控制的反激式开关电源 电源的输出电压等级有三种:电源的输出电压等级有三种:5VDC、+12VDC、-12VDC。该电路变换器同样是一个降压型硬开关电路。由单管驱动隔离变压器主绕组,该电路变换器同样是一个降压型硬开关电路。由单管驱动隔离变压器主绕组,C2、R3可以提供变压器原边泄放通路。输出经整流、滤波送负载。可以提供变压器原边泄放通路。输出经整流、滤波送负载。Vcc电源由电源由R2从原边电压从原边电压Vi提供。提供。Vcc同时也作为辅助反馈绕组的反馈电压。同时也作为辅助反馈绕组的反馈电压。电路振荡器频率由电路振荡器频率由R
16、T、CT决定。按规定,决定。按规定,CT接接RT/CT与地之间,与地之间,RT接接RT/CT与与VREF之间。频率之间。频率f=1.8/(CTRT)。反馈比较电路信号是从辅助绕组经过反馈比较电路信号是从辅助绕组经过VD1、VD2、C3、C4等整流滤波后得到的等整流滤波后得到的Vcc分分压提取的。压提取的。C6、R7构成信号的有源滤波。构成信号的有源滤波。开关管电流被开关管电流被R10取样后,经取样后,经R9、C7滤波,送滤波,送ISENSE端,当超过阈值端,当超过阈值1VDC时,确时,确认过载,关断电源输出。认过载,关断电源输出。芯片输出部分由芯片输出部分由Vout驱动单驱动单MOSFET管,
17、管,C8、VD3对开关管有电压钳位作用。对开关管有电压钳位作用。UC3842ViR6115VACR1R3C1R2C5C2C3C4CTC6C7C8C9C10C11C12C13C14R4R5R7RTR8R9R10R11VD1VD2VD3VD4VD5VD6L1L2L3+5VDCGnd+12VDCGnd-12VDCISENSEOUTGndVccVREFRT/CTUFBCOMP第八章第八章 控制电路控制电路三、三、TL494芯片芯片1、TL494芯片一个应用极为广泛的控制器件,在个人一个应用极为广泛的控制器件,在个人PC电源中,基本使用的都是这个芯片。它是电源中,基本使用的都是这个芯片。它是由由TI公司
18、生产的。公司生产的。(1)芯片管脚定义芯片管脚定义TL494是是16脚芯片脚芯片。TL49412345678161514131211109同相输入反向输入补偿/PWM比较输入死区时间控制CTRTGNDC1同相输入反向输入VREFE1输出控制VccC2E2TL494管脚排列 1脚脚/同相输入:误差放大器同相输入:误差放大器1同相输入端。同相输入端。2脚脚/反相输入:误差放大器反相输入:误差放大器1反相输入端。反相输入端。3脚脚/补偿补偿/PWM比较输入:接比较输入:接RC网络,以提高稳定性。网络,以提高稳定性。4脚脚/死区时间控制:输入死区时间控制:输入0-4VDC电压,控制占空比在电压,控制占
19、空比在0-45%之间变化。同时该因之间变化。同时该因脚也可以作为软启动端,使脉宽在启动时逐步上升到预定值。脚也可以作为软启动端,使脉宽在启动时逐步上升到预定值。第八章第八章 控制电路控制电路TL49412345678161514131211109同相输入反向输入补偿/PWM比较输入死区时间控制CTRTGNDC1同相输入反向输入VREFE1输出控制VccC2E2TL494管脚排列 5脚/CT:振荡器外接定时电阻。6脚/RT:振荡器外接定时电容。振荡频率:f=1/RTCT。7脚/GND:电源地。8脚/C1:输出1集电极。9脚/E1:输出1发射极。10脚/E2:输出2发射极。11脚/C2:输出2集电
20、极 12脚/Vcc:芯片电源正。7-40VDC。13脚/输出控制:输出方式控制,该脚接地时,两个输出同步,用于驱动单端电路。接高电平时,两个输出管交替导通,可以用于驱动桥式、推挽式电路的两个开关管。14脚/VREF:5VDC电压基准输出。15脚/反相输入:误差放大器2反相输入端。16脚/同相输入:误差放大器2同相输入端。第八章第八章 控制电路控制电路(2)基本特性基本特性l 具有两个完整的脉宽调制控制电路,是具有两个完整的脉宽调制控制电路,是PWM芯片。芯片。l 两个误差放大器。一个用于反馈控制,一个可以定义为过流保护等保护控制。两个误差放大器。一个用于反馈控制,一个可以定义为过流保护等保护控
21、制。l 带带5VDC基准电源。基准电源。l 死区时间可以调节。死区时间可以调节。l 输出级电流输出级电流500mA。l 输出控制可以用于推挽、半桥或单端控制。输出控制可以用于推挽、半桥或单端控制。l 具备欠压封锁功能。具备欠压封锁功能。第八章第八章 控制电路控制电路(3)结构原理)结构原理基准稳压器10E2PWM比较器振荡器14死区时间控制7GND5CT16同相输入14VREF6RT12Vcc15反相输入3补偿/PWM比较输入3.5VDCD QCK Q死区时间比较器11&UV封锁4.9VDC0.7mA0.7V0.12VVT1VT211C29E18C113输出控制1同相输入2反相输入TL494内
22、部原理框图第八章第八章 控制电路控制电路芯片内部电路包括振荡器、两个误差比较器、芯片内部电路包括振荡器、两个误差比较器、5VDC基准电源、死区时间基准电源、死区时间比较器、欠压封锁电路、比较器、欠压封锁电路、PWM比较器、输出电路等。比较器、输出电路等。1振荡器:振荡器:提供开关电源必须的振荡控制信号,频率由外部提供开关电源必须的振荡控制信号,频率由外部RT、CT决定。这两个元决定。这两个元件接在对应端与地之间。取值范围:件接在对应端与地之间。取值范围:RT:5-100k,CT:0.001-0.1uF。振荡频率:振荡频率:f=1/RTCT。形成的信号为锯齿波。最大频率可以达到形成的信号为锯齿波
23、。最大频率可以达到500kHz。2死区时间比较器:死区时间比较器:这一部分用于通过这一部分用于通过0-4VDC电压来调整占空比。当电压来调整占空比。当4脚预加电压抬高时,脚预加电压抬高时,与振荡锯齿波比较的结果,将使得与振荡锯齿波比较的结果,将使得D触发器触发器CK端保持高电平的时间加宽。端保持高电平的时间加宽。该电平同时经过反相,使输出晶体管基极为低,锁死输出。该电平同时经过反相,使输出晶体管基极为低,锁死输出。4脚电位越高,脚电位越高,死区时间越宽,占空比越小。死区时间越宽,占空比越小。由于预加了由于预加了0.12VDC,所以,限制了死区时间最小不能小于,所以,限制了死区时间最小不能小于4
24、%,即单管,即单管工作时最大占空比工作时最大占空比96%,推挽输出时最大占空比为,推挽输出时最大占空比为48%。第八章第八章 控制电路控制电路3PWM比较器及其调节过程:比较器及其调节过程:由两个误差放大器输出及由两个误差放大器输出及3脚(脚(PWM比较输入)控制。比较输入)控制。当当3端电压加到端电压加到3.5VDC时,基本可以使占空比达到时,基本可以使占空比达到0,作用和,作用和4脚类似。但此脚真脚类似。但此脚真正的作用是外接正的作用是外接RC网络,用做误差放大器的相位补偿。网络,用做误差放大器的相位补偿。常规情况下,在误差放大器输出抬高时,增加死区时间,缩小占空比;反之,占常规情况下,在
25、误差放大器输出抬高时,增加死区时间,缩小占空比;反之,占空比增加。作用过程和空比增加。作用过程和4脚的死区控制相同,从而实现反馈的脚的死区控制相同,从而实现反馈的PWM调节。调节。0.7VDC的电压垫高了锯齿波,使得的电压垫高了锯齿波,使得PWM调节后的死区时间相对变窄。调节后的死区时间相对变窄。如果把如果把3脚比做脚比做4脚,则脚,则PWM比较器的作用波形和图比较器的作用波形和图4-9类似。然而,该比较器的类似。然而,该比较器的占空比调节,要在死区时间比较器的限制范围内起作用。占空比调节,要在死区时间比较器的限制范围内起作用。单管工作方式时,单管工作方式时,VCK直接控制输出,输出开关频率与
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