【導(dǎo)讀】開關(guān)電源具有效率高、體積小、重量輕等顯著特點。目前世界各國都有廣泛。要研究領(lǐng)域，并派生了很多新的研究方向。網(wǎng)輸送來的交流電經(jīng)整流濾波電路變?yōu)橹绷?，?jīng)過高頻逆變電路變?yōu)楦哳l交流，根據(jù)直流開關(guān)電源的工作原理確定設(shè)計方案，選擇三相橋式不控整流濾。電路，在電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上，詳細分析了基于UC3825控制芯片的PWM控制電路。實驗結(jié)果表明它基本達到設(shè)計要求，從而驗證了理論分析的正確性，具有。廣闊的應(yīng)用前景。

　　

【正文】 小，比較器輸出的高電平時間越長，反之越短。 圖 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 UC3823A、 B 和 UC3825A、 B 內(nèi)部都有一個鋸齒波振蕩器。鋸齒波上升沿 的斜率由 TR 、 TC 決定，確定 TR 、 TC 的方法是：首先根據(jù)要求的最大占空比 maxD 、選擇 TR ，再根據(jù)要求的頻率以及 TR 和 maxD 選擇 TC 。 計算 公式為 : )1)(10( 3 m a xDmA VR T ?? （ 41） FR DC TT ??? （ 42） TR 的最佳阻值應(yīng)為 1～ 10k? 之間， maxD 應(yīng)大于 70%。 在實際的應(yīng)用中， TR 選為 ? ， TC 選為 2nf，工作頻率為 200kHz。 (2) 上升沿封鎖： UC3825A、 B 采用固定頻率脈寬調(diào)制， UC3825A、 B 的兩個輸出端交替輸出脈沖，因此，每個輸出端輸出脈沖的頻率是振蕩器頻率的 1/2，振蕩器的頻率為200kHz，所以輸出 PWM 脈沖的頻率為 10OkHz，輸出脈沖占空比在 0%～ 50%以內(nèi)調(diào)整，實際橋式變換器的應(yīng)用中一般達不到 50%，因為橋式變換器在 PWM 脈沖的占空比為 50%時，由于功率管截止時間的問題，使得橋臂容易短路，這在以后的部分將詳細介紹。 為了 限制最大占空比，在振蕩電容放電期間，內(nèi)部時鐘脈沖對兩路輸出進行封鎖。在時鐘的下降沿，輸出端為高電平。輸出脈沖的下降沿由脈寬調(diào)制比較器、限流比較器和過流比較器聯(lián)合控制。 通常，脈寬調(diào)制比較器檢測出斜坡電壓與控制電壓 (誤差放大器輸出電壓 )的交點，并且在該交點處，終止輸出脈沖。因為采用了上升沿封鎖，在脈沖前沿的一定時間內(nèi)，脈寬調(diào)制比較器不起作用。這樣，開關(guān)電源的固有噪聲就能被有效的抑制。同時，由于采用了輸出脈沖上升沿封鎖，脈寬調(diào)制器的斜坡輸入就不需要再經(jīng)過濾波。 為了調(diào)整上升沿封鎖時間， CLK/LEB 腳應(yīng)接入電容 C，這樣，輸出脈沖前沿封鎖時間就由電容 C 和內(nèi)部 10k? 電阻確定的放電時間來決定。 為了更準確控制前沿封鎖時間，可在外部并聯(lián)一個 2k? (2%)電阻 R。 前沿封鎖時間可由下式計算 : LEDt =(R//10k)C （ 43） 式中，外接電阻 R 不能小于 2k? 。 (3) 欠壓鎖定、軟啟動以及故障處理： 軟啟 動是通過軟啟動 (SOFT,START)腳的外接電容實現(xiàn)的。接通電源后，軟啟動腳外接電容放電，該腳處于低電平，誤差放大器輸出低電平，開關(guān)電源無輸出電壓。當(dāng) 9uA 的內(nèi)部電流源給軟啟動腳外接電容充電時，誤差放大器輸出電壓逐 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 漸升高，直到閉環(huán)調(diào)節(jié)功能開始工作，開關(guān)電源輸出電壓逐漸升高到額定值。 一旦限流 (I LIM)腳的電平超過 ，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈碗娖?；同時，軟啟動腳外接電容以 250uA 的電流放電。在軟啟動電容放完電后，限流腳電平降到 ，故障鎖存器就不輸出脈沖。這時，故障鎖存器復(fù)位，芯片開始軟啟動過程。 在軟啟動期間，萬一故障鎖存器置位，輸出會立即中止。但是軟啟動腳外接電容在充足電之前不會放電。這樣，在故障連續(xù)出現(xiàn)的情況下，輸出就會出現(xiàn)一個間斷期。 (4) 大電流輸出電路： 功率 MOSFET 驅(qū)動電路如圖 所示。 UC3825 推拉式輸出電路的每個輸出端都可輸出峰值為 2A 的電流。該輸出電流在 20ns 內(nèi)可使 1000pF 電容兩端的電壓上升 15V。采用獨立的集電極電源 Uc 和功率地線 PGND 腳，能夠減小大功率門極驅(qū)動噪聲對集成電路內(nèi)模擬電路的干擾。每個輸出端 (OUT)到 CU 和 PGND 之間，都應(yīng)加入一只 3A 的肖特基二極管 (IN5120, USD245 或相同性能的器件 )，如圖 中，該二極管可將輸出電壓的幅值鉗位在電源電壓，這對任何電感性和電容性負載都是必要的。 圖 功率 MOSFET 的驅(qū)動電路 UC3825的調(diào)試 UC3825 是控制電路的核心，通過前面的介紹，我們知道，這種 PWM 集成 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 控制器集成了很多的功能，以前需要用分立單元完成的功能，現(xiàn)在都可以通過UC3825 來完成，在我們設(shè)計 的電路中的用途是供給線性光耦合器控制部分的電壓； TR 和 TC 用來調(diào)節(jié) PWM 的最大占空比 maxD 和振蕩頻率；輸入是從端口 2 進入， OutA 和 OutB 是 PWM 信號的輸出端口，信號的幅值由端口 13 的 CV 決定。OutA 和 OutB 輸出的兩個 PWM 信號是相互之間有死區(qū)時間的互補信號。通過實驗我們測得端口 2 的數(shù)值范圍為 :～ ，根據(jù)系統(tǒng)的具體 情況，最大占空比我們設(shè)計為 maxD =40%。 通過實驗可知， UC3825 的 2 腳輸入和 OutA、 OutB 輸出的 PWM 脈沖信號的占空比是滿足線性關(guān)系的。具體實驗數(shù)據(jù)如表 所示。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，端口 2 的數(shù)值范圍為 ： ～ ，而 PWM 脈沖信號的占空比在 0%～ 40%之間變化，與上述的結(jié)論是吻合的。 表 UC3825輸入與輸出占空比的關(guān)系 )(2 VVJ D(%) 0 4 8 12 16 20 )(2 VVJ D(%) 24 28 32 36 40 反饋電路的設(shè)計 高頻開關(guān)電源是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流反饋控制，外環(huán)是電壓反饋控制。電流反饋控制很簡單，只需在開關(guān)變換器和高頻變壓器之間加上一個檢測電流的互感器，將檢測值引入到 UC3825 的第 9 個管腳限流端 (I LIM ) ,系統(tǒng)就可以在負載過大的時候關(guān)斷輸出，這種情況在前面的部分 已經(jīng)介紹；下面我們詳細介紹電壓反饋控制。 反饋電壓從主電路輸出端直接實時采樣，與整定電壓比較后輸入到比例積分放大器，其輸出值經(jīng)過隔離后輸入到 UC3825 的第 2 個管腳，以控制 PWM 信號的占空比從而控制主電路輸出電壓的變化。其中隔離部分的具體電路如圖 所示。在圖 中， 1U 指的是一個精密線性光 耦合 ，因為反饋電壓是直接從主電路的輸出端采樣，由于主電路和控制電路是需要隔離的，所以光耦隔離是必不可少的，但是，一般光禍的輸出是不能反應(yīng)輸入的大小的，我們選用線性光耦合器，即 可以實現(xiàn)電氣隔離，又可以實現(xiàn)比例傳輸，為了實現(xiàn)精確地控制，我們選用了一種精密線性光禍合器。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 線性光耦隔離的電壓反饋電路 由 圖 中 1U 可以看出，這個精密線性光耦合器是由一個紅外光 LED 照射分叉配置的一個隔離反饋光二極管和一個輸出光二極管。反饋光二極管吸收 LED 光通量的一部分而產(chǎn)生控制信號。該信號可用來調(diào)節(jié) LED 的驅(qū)動電流，這種技術(shù)可用來補償 LED的時間和溫度特性的非線性。輸出光二極管產(chǎn)生的輸出信號與 LED發(fā)出的伺服光通量成線性比例 。在應(yīng)用中，我們用運放作為輸入以驅(qū)動 LED，反饋光二極管產(chǎn)生的電流流過 1R , 1R 接到運放的反向輸入端。光電流 1PI 的值滿足 : 1PI = 11/RV ，此電流與 LED 的電流成正比，比例系數(shù)為反饋傳輸增量 1K ，即1PI = 1K ? PI ，運算放大器向 LED 提供足夠的電流以保持運放的正向和反向輸入。端等電壓。同理，我們得到： 2K = 2PI / PI (44) 2K 表示正向增益，則我們定義此電路的傳輸增益為 3K ，應(yīng)滿足如下的關(guān)系： 3K = 2K / 1K (45) 可見，輸入與輸出滿足如下的關(guān)系 : 11230 )/( VRRKV ? (46) 在實際應(yīng)用中， LED 應(yīng)工作在 110mA 左右，在此范圍內(nèi)，傳輸增益 3K 為～ 之間的一個值，它的線性誤差為 177。%。 此電路的關(guān)鍵是線性光禍要工作在其線性范圍內(nèi)，需要選擇合適的前置運放和計算電路中的電阻值。 選擇線性光耦合器能很好地完成隔離和比例傳輸?shù)墓δ?，此器件的選用和外圍參數(shù)的選擇都很成功，實驗效果滿意。 下面我們將設(shè)計一個慣性環(huán)節(jié)。實質(zhì)上，如果在應(yīng)用中，直接將反饋信號接入到輸入端，則效果并不是很好，所以，我們設(shè)計時，在反饋電路中，加入了一 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 個慣性環(huán)節(jié)，以達到的對輸出的更好控制效果。 用 rV 表示整定電壓， fV 表示反饋電壓，由主電路輸出直接通過比例系數(shù) K 反饋到慣性環(huán)節(jié)中， fR 和 C 組成的比例積分電路構(gòu)成了 PI 調(diào)節(jié)器，以減少系統(tǒng)的超調(diào)，降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靈敏度。由運放的性質(zhì)知 : NP VV ? ， 1R 中幾乎無電流，所以 : NP VV ? = rV (47) 可得如下的式子 : cjRVVRVVfNNf?101 ???? (48) 32 RVRVV PPr ?? (49) 由上兩式得 : rNP VRR RVV 32 3??? (410) 整理化簡可得 : ?? ??????? dtVCRRR RdtVCRVRRVR RRRR RV rfffrf )(1))(( 321 3111132 30 (411) 假設(shè)滿足 ： 231 RRRRf ? (412) 則上式可表示為 : ?? ????? dtVCRRR RdtVCRVVRRV rffrf )(1)( 321 3110 (413) 其中 ： )(1 frf VVRR ? 比例部分 ， CRdtVCRRR R r13213 1)( ?? ?積分部分。 由前面的論述可知， 0V 在 之間變化，由此可以在實驗調(diào)試中調(diào)節(jié)各參數(shù)以使當(dāng) fV 為適當(dāng)?shù)闹禃r，選擇的參數(shù)為 : 2R = 3R =? ， 1R = fR =10 k? ， rV =12V。 0V 為 之間的一個值，由 (413)的比例部分知靜態(tài)時， fV = rV 0V =12 0V ，所以 fV 的范圍為 ： ，這樣反饋比例系數(shù) fK就可以確定了。反饋比例系數(shù)由電阻分壓構(gòu)成，調(diào)節(jié)分壓電路中的電位器，我們可以改變系數(shù) fK ,使的主電路輸出在一個范圍之間可調(diào)。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 第 5章 保護電路的設(shè)計 軟啟動電路的設(shè)計 軟啟動電路分為兩部分內(nèi)容，其一是輸入電網(wǎng)分段啟動，在合閘時先 接入限流電阻，將合閘浪涌電流限制在設(shè)定范圍內(nèi)，待輸入電容充滿電后 (一般充電時間為 26 秒 )，再將該電阻短接。另一部分時穩(wěn)壓電源輸出電壓亦需要軟啟動，因為一般 PWM 型穩(wěn)壓電源的輸出濾波電容較大，輸出電壓的突然建立將會形成非常大的電容充電電流，疊加在負載電流上，它不僅會使高壓開關(guān)管負擔(dān)過重而可能損壞，而且由于持續(xù)時間長，往往會引起過流保護電路發(fā)生誤動作，若為了避免由此引起的誤動作而將保護電路調(diào)的非常遲鈍，則將會增加過流保護的不安全性，所以 PWM 型穩(wěn)壓電源必須具有輸出電壓軟啟動功能。這兩種軟啟動電路都是非常重要的 ，前一種可稱為硬控制，后 種可稱為軟控制。對于后一種軟啟動電路，我們在前面的章節(jié)己經(jīng)介紹過，如圖 中所示，只要在 UC3825 的第 8 管腳接入一個電容 C, UC3825 通過內(nèi)部集成的電路就可以完成對軟啟動的控制，一般啟動時間為數(shù)百毫秒。 圖 圖 中， jU 為一觸發(fā)器， gU 為一光耦合器， 2kU 表示觸發(fā)器的控制端，它將控制觸發(fā)器的開關(guān)是打向 Jl 還是打向 J2，在啟動時， 2kU 為一低電平，控制 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 觸發(fā)器的開關(guān)在原始位 J1，啟動電壓經(jīng)過 1R 限壓穩(wěn)流，光耦合器 gU 由于 1R 兩端的壓降而工作，使 3kU 為低電平；同時，電容 C2 充電，使 3kU 變?yōu)楦唠娖剑?3kU 通過 D 觸發(fā)器控制 2kU 變?yōu)楦唠娖?，控制觸發(fā)器的開關(guān)打向 J2，電路將繞過軟啟動電阻直接輸出到后級電路。 輸出軟啟動和輸入軟啟動應(yīng)結(jié)合起來考慮，理想的配合是輸入電容充電完畢，限流電阻被短接后，輸出電壓才由零逐漸增大到額定值，以避免限流電阻上承受極大的損耗。 過流過壓保護 (1) 過 電 流保護 開關(guān)電源通常設(shè)有電流保護電路，當(dāng)負載電流超過設(shè)定值或發(fā)生短路時，對電源本身提供保護，系統(tǒng)的過流保護在系統(tǒng)的安全性方面占有重要的地位，過流保護我們采用了三重保護 :一是在系統(tǒng)的輸入級的三相交流引入處安置熔斷保險管，在系統(tǒng)出現(xiàn)短路和其它意外重大故障的時候切斷外部電源的輸入以保護系統(tǒng)免受損壞；二是在用于控制軟啟動的觸發(fā)器后級安置熔斷保險管，以防止啟動浪涌電流的過大而破壞功率器件；三是系統(tǒng)的最主要的過流保