【導(dǎo)讀】持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小。高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。通過了解、比較電壓控制型和電流控制型PWM控制芯片的控制模式，針對寬輸入，級變換器的組合式開關(guān)電源。第一級采用buck變換，二級采用半橋推挽式變換器。并對buck變換器進行建模，在MATLAB上進行仿真驗證。

　　

【正文】 1是兩路互補輸出端。 ． VIN(引腳 15)：偏置電源接入端。 178。 Shutdown(引腳 16)：外部關(guān)斷信號輸入 工作原理： UC3846/47 采用定頻電流模式控制，改善了系統(tǒng)的線電壓調(diào)節(jié)率和負(fù)載響應(yīng)特性，簡化了控制環(huán)路的設(shè)計。 UC3846/47 內(nèi)置精密帶隙可調(diào)基準(zhǔn)電壓、高頻振蕩器、誤差放大器、差動電流檢測放大器、欠電壓鎖定電路以及軟啟動電路，具有推挽變換自動對稱校正、并聯(lián)運行、外部關(guān)斷、雙脈沖抑制以及死區(qū)時間調(diào)節(jié)等功能。 通過電流檢測放大器實現(xiàn)峰值開關(guān)電 流檢測的方法主要有兩種： (1)采用外接檢測電阻 (2)采用變壓器耦合，采用外接檢測電阻最為簡單，但是需要考慮檢測電阻上的功耗問題。而采用變壓器耦合雖然結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，但既能起到隔離作用，又能提高效率，是比較理想的選擇。無論采用何種方法，都必須盡量降低最大檢測電壓條件下的功耗。另外，如果采用檢測電阻直接檢測開關(guān)電流，為防止因開關(guān)管集電極寄生電容放電而引人大的電流尖峰，有必要增加一個 RC 濾波網(wǎng)絡(luò)。 UC3846/47 的振蕩頻率由下式?jīng)Q定： ttf RC? () Rt的取值范圍為 1～ 500kQ， Ct 的取值最好在 lOOpF 以上。 為了防止開關(guān)管直通，在實際過程中， UC3846/47 內(nèi)部的振蕩器將生成特定的輸出“死區(qū)”時鐘信號。該脈沖信號將使兩個輸出端處于禁止?fàn)顟B(tài)，從而避免直通現(xiàn)象的發(fā)生。輸出“死區(qū)”時間的大小由振蕩器的下降時間決定，是定時電容Ct的函數(shù)。死區(qū)時間 145dtrC? () UC3846 具有快速保護功能，它與電流取樣電路延時關(guān)斷不同。保護功能腳（腳 16）經(jīng)檢測 放大器接晶閘管的門極，當(dāng)電路發(fā)生異常時，使腳 16 電位上升到 ，保護電路動作，晶閘管導(dǎo)通，使腳 1電平被拉至接近地電平，電路進入保護狀態(tài)，輸出脈沖封鎖。 驅(qū)動電路設(shè)計 驅(qū)動電路如下圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 帶隔離變壓器的驅(qū)動電路 電容 C起隔離直流的作用 ,T1 為高頻、高磁率的磁環(huán)或磁罐。導(dǎo)通時隔離變壓器上的電壓為 (1－ D)Ui、關(guān)斷時為 DUi,若主功率管 S 可靠導(dǎo)通電壓為 12V,則隔離變壓器原副邊匝比 N1/N2 為 12/(1－ D)/Ui。為保證導(dǎo)通期間 GS電壓穩(wěn)定 C值可稍取大些。該電路具有以下優(yōu)點： ① 電路結(jié) 構(gòu)較簡單可靠 ,具有電氣隔離作用。當(dāng)脈寬變化時 ,驅(qū)動的關(guān)斷能力不會隨著變化。 ② 該電路只需一個電源 ,即為單電源工作。隔直電容 C 的作用可以在關(guān)斷所驅(qū)動的管子時提供一個負(fù)壓 ,從而加速了功率管的關(guān)斷 ,且有較高的抗干擾能力。 但該電路所存在的一個較大缺點是輸出電壓的幅值會隨著占空比的變化而變化。當(dāng) D較小時 ,負(fù)向電壓小 ,該電路的抗干擾性變差 ,且正向電壓較高 ,應(yīng)該注意使其幅值不超過 MOSFET 柵極的允許電壓。當(dāng) D大于 小于其負(fù)向電壓 ,此時應(yīng)該注意使其負(fù)電壓值不超過 MOSFET 柵極的允許電壓。所以該電 路比較適用于占空比固定或占空比變化范圍不大以及占空比小于 的場合。 所以一級變換器驅(qū)動采用該電路。 由 R R2 構(gòu)成的分壓電路足為輸入電壓 Ui 的檢測電路， A 點電壓為UiR2/(R1+R2),R R RP 和比較器 UA 構(gòu)成滯環(huán)比較電路，滯環(huán)的寬度為UccR3/R4。調(diào)節(jié)器 RP 可以改變過壓保護的限值。 原理為，當(dāng) UiR2/（ R1+R2）高于 UH（ 1+R3/R4）時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出 Uo 變?yōu)?Ucc，而當(dāng)小于時輸出 Uo變?yōu)榱恪? 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 輸入過壓保護電路 圖 輸入過流保護電路 圖中電流互感器的一次側(cè)串入主電路中用以檢測電流。電阻 R1 是電流互感器二次側(cè)電流采樣電阻，其電壓 Ur1=R1is/n， n為互感器的匝比。 當(dāng)主電路電流增大， Ur1=R1is/n 隨之增大，當(dāng) Ur1 大于 UH時，比較器 A輸出由低電平變?yōu)楦唠娖剑⑹?RS 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，去封鎖 PWM 輸出，使主電路開關(guān)管關(guān)斷。要重新啟動電路，則必須在 RS觸發(fā)器 R端施加復(fù)位信號。 當(dāng)電源供電電壓過低或電源輸出端過載、短路時，電源的初級電流都會大幅度增加，由于采樣電阻 Rs 的限流作用，使得電源的工作占空比縮小，輸出電壓下降，電源處于非正常工作狀態(tài)。特別是當(dāng)輸出端短路時，變壓器中磁通的釋放能力近似為零，隨著磁通的積累，變壓器將處于磁飽和狀態(tài)。在初級功率管導(dǎo)通時，供電電壓幾乎全部加在功率管上，雖然采樣電阻 Rs 可以為功率管提供短時間的保護，但長時間的短路必然會導(dǎo)致功率管嚴(yán)重發(fā)熱乃至損壞，所以在電源設(shè)計時必須增加欠壓檢測和保護電路，當(dāng)檢測到電源輸出端出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象時 ，應(yīng)及時關(guān)閉電源控制器，以防電源損壞。 輸出端欠壓檢測，可以采用初級間接檢測和次級直接檢測兩種方法，一般來說次級直接檢測更迅速準(zhǔn)確，因而在電源設(shè)計中采用較多。最普通的次級直接檢測方法是在控制回路中額外增加光耦等元件 如下圖。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 欠壓采樣電路 充放 電型 RCD 緩沖電路如圖所示，這種緩沖電路既能夠起到電壓鉗位的作用，又能夠控制電壓的上升率。該緩沖電路對浪涌電壓有抑制效果，與 RC 緩沖電路不同，由于外加了緩沖二極管 D，緩沖電阻值能夠變大，降低了電阻損耗，而且能夠回避開通時場效應(yīng)管的負(fù)擔(dān)問題。本電源選擇了充放電型 RCD 緩沖電路。 圖 RCD電路 充放電型 RCD 緩沖電路在場效應(yīng)管關(guān)斷時開始動作，在理想狀態(tài)下，場效應(yīng)管的漏一源電壓是緩慢上升的。但在實際裝置中，由于在緩沖電路的配線電感和緩沖二極管瞬態(tài)正向電壓下降的影響下，關(guān)斷時仍有尖峰電壓存在。為了應(yīng)用 充放電型 RCD 緩沖電路，關(guān)斷過程中，緩沖電容的最高充電電壓必須控制在場效應(yīng)管的最大許用漏一源電壓內(nèi)。 1. 緩沖電容 C的計算緩沖電容器所需要的電容值可以由下式計算出 : ? ?202sD SP dLICVE? ? （ ） 其中 :L 是主電路的寄生電感 。 Io 是場效應(yīng)管關(guān)斷時的漏極電流 。 VDsP 是緩沖電容器電壓的最高值 。 Ed 是直流電源電壓。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 緩沖電容器的電壓最高值應(yīng)該控制在場效應(yīng)管的耐壓值以下，而且應(yīng)該選用 高頻性能良好，等效串聯(lián)電阻 (ESR)、電感 (ESL)小的薄膜電容。 R 的計算 . 如果要控制電壓的上升率，應(yīng)該在 MOSFET 的每一個開通周期內(nèi)將電容的電荷完全釋放，要求緩沖電路的 RC 常數(shù)比開關(guān)周期小，通常是開關(guān)周期的 1/3。在本電源中，要求緩沖電阻在場效應(yīng)管進行下一次斷開動作之前，要將儲存電荷的 90%放電，緩沖電阻應(yīng)該是 : s sR Cf? （ ） 其中 :f是開關(guān)頻率 。 緩沖電阻值如果取得太低，由于緩沖電路的電流振蕩，場效應(yīng)管開通時漏極流峰值也會增加，在滿足上式的情況下應(yīng)該盡量取大值。緩沖電阻發(fā)生的 損耗電阻值無關(guān) .另外，應(yīng)該選用寄生電感小的功率電阻，以減小電路的寄生振蕩。 3. 緩沖二極管是非常關(guān)鍵的元件，其瞬態(tài)正向壓降是斷時產(chǎn)生尖峰電壓的原因之一。功率二極管從斷態(tài)到穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)的過渡過程，其正向電壓會隨著電流的上升首先出現(xiàn)一個過沖，然后才逐漸趨于穩(wěn)定 . 在緩沖電路中，一旦緩沖二極管的反向恢復(fù)時間加長，高頻開關(guān)動作時緩沖二極管產(chǎn)生的損耗就會變大，從而影響頻率的提高。所以應(yīng)該選擇反向恢復(fù)時間短的緩沖二極管。 另外，如果緩沖二極管的反向恢復(fù)急劇，會引起緩沖二極管的反向 電壓過沖，并且緩沖二極管反向恢復(fù)動作時場效應(yīng)管的漏一源極電壓會急劇地大幅度振蕩。功率二極管的恢復(fù)系數(shù) Sr 定義為 tb 與 t。之比。 S，越大，二極管恢復(fù)性能越平順，有利于減小振蕩，因此應(yīng)該選擇反向恢復(fù)特性軟的緩沖二極管。 本電源選擇了 IXYs 公司的快恢復(fù)外延二極 FRED，其反向恢復(fù)又快又軟，并且正向恢復(fù)、高溫性能也好，應(yīng)用這種二極管能夠減小開關(guān)損耗，減小電磁干擾噪聲。 自舉電路設(shè)計 供電電路設(shè)計 如圖 所示， R Z1 將 Q4的基極電壓穩(wěn)定在 16V， R4給 Q4提供集電極電流，經(jīng) D22 給 電容 C17 充電，當(dāng)電壓達到 UC3842 的啟動電壓時，芯片開始工作，構(gòu)成了啟動電路； T1 轉(zhuǎn)換器工作后由變壓器繞組 1314 和 1315 提供的感應(yīng)電壓經(jīng) D2 D2 L R C D20 整流、 U3（ 7816）穩(wěn)壓后繼續(xù)給 U2 提供+16V 工作電壓，同時，感應(yīng)電壓經(jīng)整流濾波后，通過 R4 C43 給 SCR2 提供電流觸發(fā)，使 SCR2 導(dǎo)通，使得 310V 電壓經(jīng) R SCR2 到地， Q4 截止，以此來保護R Q R Z1構(gòu)成的瞬間啟動后電路不會因為功率大而損壞。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 R4T41 T O 1D1D2D3D4R2R1R3C1C3 C4L1R6R5I N 7 1 92 N 6 8 1 2 N 9 3 0O3I1GND27 8 1 6V d cV1C2U C 3 8 4 2 供電電源 圖 UC3842啟動、供電電路 自舉電路 變換器啟動以前沒有控制電源，但你需要電源來啟動變換器。最簡單辦法是用一個自舉電路。它是用一個電阻和一個電容直接從輸入直流母線獲得控制電源，當(dāng)主變換器運行以后，從主變壓器上自舉線圈獲得連續(xù)供電。方法適合于有欠壓封鎖功能的 PWM 芯片。當(dāng)加上 Uin 時，電容 C通過電阻 R充電，電容電壓上升。當(dāng)達到 PWM 芯片的欠壓封鎖（ UVLO）門限電壓時， PWM芯片開始工作。由電容提供能量驅(qū)動晶體管。變換器工作，由主變壓器自舉線圈向 PWM 芯片供電。圖中穩(wěn)壓二極管 D2避免電容上過高的電壓損傷 IC，典型采用 12~18V 穩(wěn)壓二極管。 圖 UC3846自舉電路 從接通電源到 PWM 芯片工作，并驅(qū)動功率晶體管導(dǎo)通，直至主變壓器自舉線圈向 PWM 芯片供電正常工作前，一直由電容 C 供電。因此需要一個很大的電容才行。 PWM 芯片 UC3846 需要電源提供 33mA 才能運行。在加上 10mA 的柵極驅(qū)動電流，以及其它部分?jǐn)?shù) mA，總共需要大約 50mA。假定變換器進入正常工作需要 10ms。由于在此之前，自舉變壓器線圈電壓為其它線圈電壓箝位，在進入主電路穩(wěn)壓前不能提供功率。而 UC3846 的遲滯環(huán)寬（回差）僅 400mV，這就意味著如果電容上電 壓在 10ms 內(nèi)降落比回差大， PWM 將恢復(fù)到欠壓鎖定狀態(tài)，隨后又通過電阻 R對電容充電，經(jīng)過一定時間又達到欠壓上門限。在回差范圍內(nèi)循環(huán)振蕩。5 系統(tǒng)的建模與仿真 33 MATLAB 簡介 MATLAB 是美國 MathWorks 公司出品的商業(yè) 數(shù)學(xué)軟件 ，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。 MATLAB 是矩陣實驗室（ Matrix Laboratory）的簡稱，和 Mathematica、Maple并稱 為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在 數(shù)值計算 方面首屈一指。 MATLAB 可以進行 矩陣 運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、 圖像處理 、 信號檢測 、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語言完相同的事情簡捷得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點 ,使MATLAB 成