【正文】 用圖 如圖 43 所示交流電由 C1 L C15 以及 C1 C13 進行低通濾波，其中C1 C15 組成抗串 模干擾電路，用于抑制正態(tài)噪聲； C1 C1 L1 組成抗共模干擾電路，用于抑制共態(tài)噪聲干擾。變換器的幅頻特性由雙極點變成單極點，因此，增益帶寬乘積得到了提高，穩(wěn)定幅度大，具有良好的頻率響應特性。 V E B3VC2V r e f10R t / C t5Vi9Vo7I c s444R1R2R3R4R5R6R7R8R9R 10R 11R 12R 13R 13R 15R 14C1C2C6C7C8C9C 10T1Q1O P 1C1 C 10C9D1D3D2S1D5N2 O P 1R 15R 16V0G N DG N D交流 22 0V光耦 圖 42 芯片在開關電源保護電路的中的應用圖 經(jīng)過 實驗 電路 仿真 ，其采樣信號的波形緊緊跟隨檢測電阻的電壓波形，沒有出現(xiàn)非常大的尖峰電壓。如果把反饋信號接到 芯片 的電壓反饋端，則反饋信號需連續(xù)通過兩個高增益誤差放大器，傳輸時間增長。采用無感電阻后，其阻抗不會隨著頻率的增加而增加。因此，即使系統(tǒng)工作在占空比大于 50％或連續(xù)的電感電流條件下，系統(tǒng)也不會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。 PWM 控制芯片輸出周期一定、高電平存在時間可調的驅動脈沖信號。電路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號經(jīng) 3 腳送到內部的誤差比較放大器，與內部的基準電壓進行比代信敏： PWM 芯片設計及在開關電源中的應用 29 較，產生的誤差信號送到脈寬調制電路，完成脈沖寬度的調制，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。第十腳為內部基準電壓輸出端，基準電壓如圖所示為振蕩器的外部 RC 電路提供5V 的基準電壓。第五腳為振蕩器的外接 RC 電路的連接端，在第五腳處輸入鋸齒波電壓。 11029583746R1C1R2R3R4V R 1VDDC2RTCTQ1GDST300V初級次級+ 5 V R負反饋電路振蕩器外接RC電路 圖 41 芯片外部應用電路 如圖所示為芯片的外部部分連接圖，第一腳為內部基準輸入電壓提供端。在開關電壓輸出 outV 達到預期設計的 5V前， PWM 控制器芯片輸出占空比接近于 1 的脈沖，使 outV 快速上升。 outV 是開關電源的輸出。 第 9 腳電源電壓 VDD 供給端 ,它的工作電壓必須在正常工作范圍內芯片才能正常工作，在第 9 腳內部接有一個穩(wěn)壓管 ZD1，其穩(wěn)壓電壓為 36V,為內部的器件 提供安全的電壓環(huán)境，當 VDD 超過了穩(wěn)壓管的電壓時，將會被箝位。 RS 觸發(fā)器的輸出就是時鐘信號，時鐘周期約等于充電時間而電容電壓 RCt/ ??? 計算可得充電時間約為 ? 。用一個電流源連在電容上起放電開關的作用。因為第 2 腳加在誤差放大器的負端，那么誤差放大器就是反向輸出，所以第 1 腳與第 2 腳電壓的變化相反。 第 1 腳為內部直流基準源的輸入電壓 Vi，要求輸入 Vi 當然要大于輸出 Vo中的最大值，即大于 36V。 V o u tV b i a s1VV r e f1 1 2 u 1 3 uP1 P2P3 P4P5 P6 P7M1 M2 M3 圖 315 過流保護電路 圖 316 表明，當 CS 電壓逐漸升高直到大于 時， outV 輸出高電平；當CS 電壓逐漸降低直到小于 時， outV 輸出低電平。由 P6 提供的 13uA偏置電流經(jīng)過 P3 流到 M2。過流保護電路實現(xiàn)其作用。 P4 晶體管導通， P3 關斷。 P1 電流為 62u,P2 電流為 50u。 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 22 當 CS 電壓遠小于 1V 時， P1 處于飽和區(qū)， P2 處于三極管區(qū)。當電流檢測達到 1V 閾值時，不管電壓誤差放大器輸出，過流保護電路在 35ns 內關斷輸出。當比較器處于放大區(qū)中點時，輸入極 P1和 P2 通過相同的電流。電平移位和電阻分壓功能都由電流比較器電路實現(xiàn)。 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 20 M5M7M6M 1 2M8M 1 1M1 M2M3M4 M 1 0Q1Q2Q5Q6 Q3Q4R4R2R3R1C1D1M9M 1 3Q7VDD2 . 5 V FBV b i a sC O M PV b i a s n 圖 311 電壓誤差放大器內部電路結構 電流比較器 電流比較器 圖 312 圓圈所示就是電流比較器。 Q2處于放大區(qū)，因為 Q2 的集電極接的是電源電壓，而基極電壓不可能超過它的。 輸出極采用乙類輸出極。運算跨導放大器是無輸出緩沖極的運算放大器。 mA8R/2lnV*10*15I tea r gd is c h ?? (312) V r e fCT 圖 310 放電電流源電路圖 代信敏： PWM 芯片設計及在開關電源中的應用 19 電壓誤差放大器 電壓誤差放大器的正向端是電壓調節(jié)器輸出的 電壓。因為振蕩器放電時下降速度比較快，所以比較器 1 的延時需要盡量小。 振蕩器電路 RS 觸發(fā)器的電路圖如圖 37 所示，當 R 輸入電壓為 5V 時，輸出跳變到低電平；同理，當 S 輸入電壓為 5V時，輸出跳變到高電平。這樣電容上的電壓就是一個有 峰 峰值的鋸齒波。用一個電流源連在電容上代信敏： PWM 芯片設計及在開關電源中的應用 17 起放電開關的作用。電壓調節(jié)器要求輸出阻抗較小。這是一 個串聯(lián) — 并聯(lián)反饋結構，對大環(huán)路增益，有 2R/)2R1R(*VRV r e f ?? (311) 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 16 改變 R1/R2 的比例可以改變輸出電壓。依靠這種方式，電壓源的波動可從本質上被消除，其結果通常提高由此類電源驅動的電路的性能。 芯片 TL431 主要是在開關電源 芯片中作的直流穩(wěn)壓基準為內部一些器件提供基準電源。 TL431 的穩(wěn)壓原理可分析如下：當由于某種原因致使 Vo 升高時，取樣電壓vref 也隨之升高，使 VREFVref，比較器輸出高電平，令 VT 導通， Vo ↓。其內部電路結構如圖 33 所示。它屬于一種具有電流輸出能力的可調基準電壓源。 因此 BEV 的關系式為： 代信敏： PWM 芯片設計及在開關電源中的應用 13 )J/Jl n ()q/kT()T/Tl n ()q/r k T()T/T(VT/VV COC00B E O0BE ???? (36) BEV 與溫度的關系為： )q/k)((T/)VV(TT|dT/dV 0GOBE0BE ??????? (37) 300K 時， BEV 關于溫度的變化約為 ℃ 。由室溫下溫度系數(shù)為 ℃的 pn節(jié)二極管 產生電壓 BEV 。一般要求這些電壓源的直流輸出電平較穩(wěn)定，而且這個直流電平應該對電源電壓和溫度不敏四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 12 感。一旦正常工作后， VDD 小于 時也能正常工作，我們稱 為啟動電壓。 本文用滯后比較器來實現(xiàn)電路得欠壓鎖定，在 VDD 欠壓鎖定處和 Vref 欠壓鎖定處用滯后比較器實現(xiàn)。振蕩器外接電容器的充電電流也由基準電壓源供給。電源電壓低于啟動電壓時，設計芯片的靜態(tài)電流小于 250uA。 3. 電流比較器 為 了 能夠實現(xiàn)逐周控制，如此設計電流比較器：在每個振蕩周期開始時，輸出端開通。 2. 電壓誤差放大器 設計電壓誤差放大器的直流增益為 90dB，增益帶寬為 。設計控制芯片內部的放電電流為。內部結構功能框圖如下圖 24。當電感電流 iL 的檢測信號下降到下限 Vemin 時，比較器輸出高電平，使功率開關關斷，電感電流下降。但是檢測電感電流有時比較復雜，或檢測元件損耗較大。缺點是：不能準確控制電感的平均電流，回路增益對電網(wǎng)電壓變化敏感，開關噪聲容易造成開關管誤動作等。以 Buck 變換器為例，峰值電流型控制系統(tǒng)原理如圖 21。 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 6 第 2 章 PWM 控制芯片電路的原理 PWM 控制芯片原理 電流控制的 PWM 技術是一種新穎的控制技術， 1967 年由美國 BOSE 公司提出。 第二章介紹開關電源控制電路的原理和基本結構。 1977 年國外首先研制成脈寬調制（ PWM）控制器集成電路，美國摩托羅拉公司、硅通用公司、尤尼德公司等相繼推出一批 PWM芯片，典型產品有 MC3520,SG3524,芯片。隨著開關管中的電流脈沖逐步增大，當電流在采樣電阻RS 上的電壓幅值 VS 達到 Ve 電平時。 功率轉換電路 高頻變換器 圖 11 開關穩(wěn)壓電源的電路原理框圖 輸出整流濾波 DC 取樣器 比較器 脈寬調制 振蕩器 基準電壓 AC 輸入整流濾波 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 4 V C C123誤差放大123脈寬比較器鋸齒波電路整流濾波采樣電路V0參考VS 圖 12 電壓控制型開關電源原理圖 圖 13 為電流型開關電源的原理圖。另一種是電流控制型，在 PWM電壓控制的基礎上，增加一個電流反饋環(huán)節(jié)，使其成為雙環(huán)控制系統(tǒng)，從而提高了電源性能。開關電源的濾波電感的體積和重量也因為工作頻率提高而減小，所需的濾波電容也減小。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關電源專用集成電路。開關電源包括主電路和控制電路兩部分。在電源領域內開關電源的應用越來越廣泛。特別是高速運算能力 DSP 核的嵌入常見的如 TI 公司的 TM5320F24X 系列、 AD 公司的 ADMCF32X 系列，使得此類芯片完全可以實現(xiàn)高性能的控制算法，如磁場定向控制、無速度傳感器矢量控制等。 (3)采用微處理器和專用大規(guī)模集成電路相結合的方式，可以兼具靈活、簡單、易于開發(fā)、功能勿、一展的特點，如 Siemens 公司的 SEL4520,Mitel 公司的SA4828 等，但成本較高。典型 PWM 調速控制芯片特點隨著微處理器技術的發(fā)展，其與 PWM 技術相結合，形成了各類特色的控制方案，主要可分為以下幾類 : (1)采用單一的通用微處理器 (單片機 )來產生 SPWM。Reference?？刂苹芈钒ㄕ`差放大器，基準電壓源，振蕩器，比較器和保護電路等，完成了具 體電路的設計，給出了所有的電路圖。首先對芯片的工作原理和系統(tǒng)構成進行了研究和分析，包括開關電源變換器的整個控制回路。Amplifier。數(shù)字化的 PWM 控制芯片相對模擬 PWM 控制芯片 (如TL494,SG3525,UC3844 等 )，因其抗干擾、抗溫漂等方面的優(yōu)點成為主流產品。如 Mullard 公司的 HEF4752,無須微處理器配合，屬于純硬件實現(xiàn)方法，使用簡單，省去編寫軟件的麻煩，開發(fā)周期短，但欠靈活性，難以實現(xiàn)更多的功能。這類芯片很多，如東芝公司的八位單片機 TMP88CK49/CM49,Motorola 公司的八位單片機 MC68HC708MP16,Intel 公司的 16 位微處理器 8XC196MC。相對傳統(tǒng)的線性電源而言，開關電源具有體積小，成本低，效率高等顯著優(yōu)點。 開關穩(wěn)壓電源的電路原理框圖如圖 11 所示。反饋控制電路為脈沖寬度調制器（ PWM），它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調制及基準電壓等電路構成。作為開關而言，導通時，壓降很小，幾乎不消耗能量，關斷時漏電流很小，也幾乎不消耗能量，所以開關電源的公路轉換效率可達 80%以上。從控制的角度看，這是一種單環(huán)控制系統(tǒng)。這就是控制的原理，它是一個單環(huán)控制系統(tǒng) [14]。驅動開關管導通。 V C C123誤差放大123脈寬比較器整流濾波采樣電路V0參考VSRS 鎖存器時鐘Ve 圖 13 電流型脈寬調制器原理框圖 本文的主要工作 20 多年來，集成開關電源沿著集成化方向發(fā)展，首先是對開關電源的核心代信敏： PWM 芯片設計及在開關電源中的應用 5 單元 — 控制電路實現(xiàn)集成化。 第一章介紹開關電源的背景、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，同時介紹了開關電源的原理，并對本文的章節(jié)進行安排。 第五章總結該電路的設計工作。 （ 1）峰值電流控制 峰值電流控制是最常用的電流型控制方式。 峰值電流型 PWM 控制的優(yōu)點是：消除了輸出濾波電感在系統(tǒng)傳遞函數(shù)中產生的極點，使系統(tǒng)傳遞函數(shù)由二階降為一階，解決了系統(tǒng)有條件的環(huán)路穩(wěn)定問題；具有良好的線性調整率和快速的動態(tài)響應；固有的逐個開關周期的峰值電流限制，簡化了過載保護和短路保護；多個電源模塊并聯(lián)式易于實現(xiàn)均流。電流調節(jié)器一般采用 PI 型補償網(wǎng)絡，可