【正文】 電平超 過 ，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈?電平 ；同時(shí)，軟啟動(dòng)腳外接電容以 250uA 的電流放電。在軟啟動(dòng)電容放完電后， 限流腳電平降到 以下時(shí)，故障鎖存器就不輸出脈沖。這時(shí)，故障鎖存器復(fù) 位，芯片開始軟啟動(dòng)過程。 在軟啟動(dòng)期間，萬 一 故障鎖存器置位，輸出會(huì)立即中止。但是軟啟動(dòng)腳外 接電容在充足電之前不會(huì)放電。這樣，在故障連續(xù)出現(xiàn)的情況下，輸出就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)間斷期。 (4) 大電流輸出電路 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 圖 46功率 MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路 功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路如圖 46 所示。 UC3825 推拉式輸出電路的每個(gè)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(dú)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(dòng)噪聲對(duì)集成電路內(nèi)模擬電路的干擾。每個(gè)輸出端 (OUT)到 Uc 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 46所示。該二極管可將輸出電 壓的幅值鉗位在電源電壓，這對(duì)任何電感性和電容性負(fù)載都是必要的。 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，它的 般用法如圖 57所示。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 47 UC3825的工作電路 圖 47中， VREF 為參考電壓，在我們?cè)O(shè)計(jì)的電路中的用途是供給線性光 耦合器控制部分的電壓 ； RT 和 CT 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(jìn)入， OutA 和 OutB 是 PWM 信號(hào)的輸出端口，信號(hào)的幅值由 端口13的 Vc 決定。 OutA 和 OutB 輸出的兩個(gè) PWM 信號(hào)是相互之間有死區(qū)時(shí) 間的互補(bǔ)信號(hào)。通過實(shí)驗(yàn)我們測(cè)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?cè)O(shè)計(jì)為 maxD =40%，因?yàn)楣β?MOSFET 的截 止時(shí)間比導(dǎo)通時(shí)間長，如果 maxD 過大，將會(huì)導(dǎo)致橋臂短路的情況 。 通過實(shí)驗(yàn)可知， UC3825 的 2腳輸入和 OutA、 OutB 輸出的 PWM 脈沖信 號(hào)的占空比是滿足線性關(guān)系的。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 41所示。我們定義 UC3825 的 2腳輸入為 2Vj ，輸出的 PWM 信號(hào)占空比為 D。從表 41 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(hào)的占空比在 0%～ 40%之間變化，與上述的結(jié)論是吻合的。 表 41 UC3825輸入與輸出占空比的關(guān)系 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 反饋電路的設(shè)計(jì) 高頻開關(guān)電源是 一 個(gè)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(jiǎn)單，只需在開關(guān)變換器和高頻變壓器之間加上一個(gè)檢測(cè)電流的互感器，將檢測(cè)值引入到 UC3825 的第 9個(gè)管腳限流端 (I LIM ) ,系統(tǒng)就可以在負(fù)載過大的時(shí)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?cè)敿?xì)介紹電壓反饋控制。 反饋電壓從主電路輸出端直接實(shí)時(shí)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(gè)管腳，以控制 PWM 信號(hào)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 48 所示。在圖 48 中， 1U 指的是 一 個(gè)精密線性光禍，因?yàn)榉答侂妷菏侵苯?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(shí)現(xiàn)電氣隔離，又可以實(shí)現(xiàn)比例傳輸，為了實(shí)現(xiàn)精確地控制，我們選用了一種精密線性光禍合器。 圖 48 線性光耦隔離的電壓反饋電路 由圖 48 中 1U 可以看出，這個(gè)精密線性光耦合器是由 一 個(gè)紅外光 LED 照 射分叉配置的一個(gè)隔離反饋光二極管和一個(gè)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(hào)。該信號(hào)可用來調(diào)節(jié) LED 的驅(qū)動(dòng)電流， 這種技術(shù)可用來補(bǔ)償 LED 的時(shí)間和溫度特性的非線性。輸出光二極管產(chǎn)生的輸 出信號(hào)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(yùn)放作為輸 入以驅(qū)動(dòng) LED，反饋光二極管產(chǎn)生的電流流過 1R , 1R 接到運(yùn)放的反向輸入端。 光電流 1Ip 的值滿足 : 1Ip = 1V / 1R ，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1Ip = 1K ? Ip ，運(yùn)算放大器向 LED 提供足夠的電流以保持 運(yùn)放的正向和反向輸入端等電壓。同理，我們得到 : 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 2K = 2Ip /Ip 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 可見，輸入與輸出滿足如下的關(guān)系 : 0V = 3K ( 2R / 1R ) 1V 在實(shí)際應(yīng)用中， LED應(yīng)工作在 11OmA左右，在此范圍內(nèi)，傳輸增益 3K 為 ～ 之間的 一 個(gè)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(yùn)放和計(jì)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埽似骷?選用和外圍參數(shù)的選擇都很成功，實(shí)驗(yàn)效 果滿意。 下面我們將設(shè)計(jì)一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。實(shí)質(zhì)上，如果在應(yīng)用中，直接將反饋信號(hào)接入到輸入端，則效果并不是很好，所以，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，在反饋電路中，加入了一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，以達(dá)到的對(duì)輸出的更好控制效果。如圖 48所示。圖 48中， Vr 表示整定電壓， Vf 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， Rf 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(yùn)放的性質(zhì)知 : VP =VN ， 1R 中幾乎無電流，所以 : VP =VN =Vr 可得如下的式子 : 1VVfNR? = 01VVNRfjC??? 2VVrPR?=3VPR 由上兩式 得 : VP =VN = 323RRR? Vr 整理化簡(jiǎn)可得 : 0V =( 323RRR? )( 1 1RRfR? )Vr 1RfR Vf 11CR 3()1 2 3Rd t d tVVfrCR R R???? 假設(shè)滿足 : 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 1RfR = 32RR 則上式 可表示為 : 0V = 1RfR （ VVrf? ） 11CR 3()1 2 3Rd t d tVVfrCR R R???? 其中 : 1RfR （ VVrf? ） 比例部分 ； 3()1 2 3R dtV rCR R R ?? 11CR 積分部分 由前面的論述可知， 0V 在 之間變化，由此我們可以在實(shí) 驗(yàn)調(diào)試中調(diào)節(jié)各參數(shù)以使當(dāng) Vf 為適當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，我們選擇的參數(shù)為 : 2R = 3R =? ， 1R =Rf =1O k? ， Vr =12V。 0V 為 之 間的一個(gè)值，由 ()的比例部分知靜態(tài)時(shí)， Vf =Vr 0V =12 0V ，所以 Vf 的范圍為 : ，這樣反饋比例系數(shù) Kf 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) Kf ,使的主電路輸出在一個(gè)范圍之間可調(diào)。 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 軟啟動(dòng)電路分為兩部分內(nèi)容，其 一 是輸入電網(wǎng)分段啟動(dòng) ，在合閘時(shí)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(shí)間為 26秒 )，再將該電阻短接。另 一 部分時(shí)穩(wěn)壓電源輸出電壓亦需要軟啟 動(dòng)，因?yàn)橐话?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(huì)形成非常大的電容充電電流，疊加在負(fù)載電流上，它不僅會(huì)使高壓開關(guān)管負(fù)擔(dān)過重而可能損壞，而且由于持續(xù)時(shí)間長，往往會(huì)引起過流保護(hù)電路發(fā)生誤動(dòng)作，若為了避免由此引起的誤動(dòng)作而將保護(hù)電路調(diào)的非常遲鈍，則將會(huì)增加過流保護(hù)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(dòng)功能。這 兩種軟啟動(dòng)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(duì)于后一種軟啟動(dòng)電路，我們?cè)谇懊娴恼鹿?jié) 己經(jīng)介紹過，如圖 49中所示，只要在 UC3825 的第 8 管腳接入 一個(gè)電容 C, UC3825 通過內(nèi)部集成 的電路就可以完成對(duì)軟啟動(dòng)的控制，一般啟動(dòng)時(shí)間為數(shù)百毫秒。對(duì)于前一種軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，如圖 49所示。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 圖 49輸入電壓軟啟動(dòng)原理圖 圖 49中， Uj 為 一 觸發(fā)器， Ug 為 一 光 耦 合器， 2Uk 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(dòng)時(shí)， 2Uk 為 一 低電平，控制觸發(fā)器的開關(guān)在原始位 J1，啟動(dòng)電壓經(jīng)過 1R 限壓穩(wěn)流，光 耦 合器 Ug 由于 1R 兩端的壓降而工作，使 3Uk 為低電平；同時(shí)，電容 C2充電，使 3Uk 變?yōu)楦唠娖剑?3Uk通過 D觸發(fā)器控制 2Uk 變?yōu)楦唠娖剑刂朴|發(fā)器的開關(guān)打向 J2，電路將繞過 軟啟動(dòng)電阻直接輸出到后級(jí)電路。 輸出軟啟動(dòng)和輸入軟啟動(dòng)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(hù) (1) 過流保護(hù) 開關(guān)電源通常設(shè)有電流保護(hù)電路，當(dāng)負(fù)載電流超過設(shè)定值或發(fā)生短路時(shí)， 對(duì)電源本身提供保護(hù)，系統(tǒng)的過流保護(hù)在系統(tǒng)的安全性方面占有重要的地位，過流保護(hù)我們采用了三重保護(hù) :一 是在系統(tǒng)的輸入級(jí)的三相交流引入處安置熔 斷保險(xiǎn)管，在系統(tǒng)出現(xiàn)短路和其它意外重大故障的時(shí)候切斷外部電源的輸入以保護(hù)系統(tǒng)免受損壞 ；二是在用于控制軟啟動(dòng)的觸發(fā)器后級(jí)安置熔斷保險(xiǎn)管，以 防止啟動(dòng)浪涌電流的過大而破壞功率器件 ；三是系統(tǒng)的最主要的過流保護(hù)部分， 通過對(duì)系統(tǒng)電流的檢測(cè)來控制 PWM 信號(hào)脈寬從而達(dá)到過流保護(hù)的目的，過流 保護(hù)電路的型式有三種。下面將詳細(xì)介紹。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 ① 切斷式保護(hù)。 切斷式保護(hù)的原理框圖如圖 410 所示。 圖 410切斷 式保護(hù)電路原理框圖 電流檢測(cè)電路檢測(cè)電流信號(hào)，經(jīng)電流 電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過比較電路進(jìn)行比較，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到某設(shè)定值時(shí)，信號(hào)電壓大于比較電壓，比較電路產(chǎn)生輸出觸發(fā)故障鎖存器，使控制電路失效，穩(wěn)壓電源輸出被切斷。 ② 限流式保護(hù)。 限流式保護(hù)的原理框圖如圖 411 所示。 圖 411限流式保護(hù)電路原理框圖 限流式保護(hù)電路和切斷式保護(hù)電路的差別在于電壓比較電路的輸出不是使整 個(gè)控制電路失效，而是取代誤差放大器控制 V/W 電路輸出的脈沖寬度。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，保護(hù)電路工作，使 V/W 電路輸出脈寬變窄，穩(wěn)壓電源輸出 電壓便下降，以維持輸出電流在某設(shè)定的范圍內(nèi)。 ③ 限流 — 切斷式保護(hù)。 限流 — 切斷式保護(hù)電路分兩個(gè)階段進(jìn)行，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到某設(shè)定值時(shí)，保護(hù)電路動(dòng)作，輸出電壓下降，負(fù)載電流被限制 ；如果負(fù)載電流增大至第二個(gè)設(shè)定 值時(shí)，保護(hù)電路進(jìn)一步動(dòng)作，將電源切斷。這是上述兩種保護(hù)方式相結(jié)合的產(chǎn)物。 本系統(tǒng)采用的是第三種過流保護(hù)方式，設(shè)定了兩個(gè)整定值， 和 當(dāng)電流檢測(cè)電路的輸出超過 時(shí)，啟動(dòng)限流保護(hù)方式，輸出脈沖終止，當(dāng)電 流檢測(cè)電路的輸出超過 時(shí)，啟動(dòng)切斷保護(hù)方式，故障鎖存器置位，系統(tǒng)重 新軟啟動(dòng)，這部分的功能全部由 UC3825自動(dòng)完成。外部電路只需完成電流檢 測(cè)和 I/V轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)輸入到 UC3825 的第 9 腳。電流檢測(cè)電路 如圖 412 所示。 電流信號(hào) 電流檢測(cè)和I/V轉(zhuǎn)換 電壓比較電路 去 V/W 電路取代誤差放大器 電流信號(hào) 電流檢測(cè)和I/V轉(zhuǎn)換 電壓比較電路 狀態(tài)保持電路 控制電路失效 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 圖 412過流保護(hù)電流采樣電路 圖 412 中， ie 表示待檢測(cè) 的電流，指的是高頻變壓器 1T 的 原邊輸入電流， 1T是用來檢測(cè)電 流的類似于電流互感器的電流變壓器，因?yàn)?ie 是高頻變化的交 流，所以變壓器 1T 的副邊要經(jīng)過 整流， 9Uk 接到 UC3825 的第九個(gè)端口，通過 UC3825來控制過流后的 系列動(dòng) 作。詳細(xì)情況在上面 UC3825 的電路分析中已經(jīng)說明。圖412 中的電容 C是 噪音濾波電容器，用來濾掉干擾，以防止過流保護(hù)電路的誤動(dòng)作。 (2) 過壓保護(hù) 為了保護(hù)負(fù)載，開關(guān)電源需要設(shè)計(jì)輸出過電壓保護(hù)電路，過電 壓保護(hù)電路 如圖 413 所示。圖中 UG 表示光 耦 合器，選用 TIL117, TL 表示 一 個(gè)可編程的精 密電壓基準(zhǔn) 43IL，主電路的輸出電壓 VOUT 過 1R 、 2R 、 3R 、 4R 分壓后加入到精密電壓基準(zhǔn)的基準(zhǔn) (R)端， TL 的陰極接到光 耦合器的 3端，從圖 413中可以知道，當(dāng)基準(zhǔn)電壓 Vref 達(dá)到 時(shí)，陰極電 流 IK 突然增大，使得光耦合器工作， 6Uk