【導(dǎo)讀】持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小。高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。通過(guò)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(duì)寬輸入，級(jí)變換器的組合式開(kāi)關(guān)電源。第一級(jí)采用buck變換，二級(jí)采用半橋推挽式變換器。并對(duì)buck變換器進(jìn)行建模，在MATLAB上進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

　　

【正文】 1是兩路互補(bǔ)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(hào)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(jiǎn)化了控制環(huán)路的設(shè)計(jì)。 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(dòng)電流檢測(cè)放大器、欠電壓鎖定電路以及軟啟動(dòng)電路，具有推挽變換自動(dòng)對(duì)稱校正、并聯(lián)運(yùn)行、外部關(guān)斷、雙脈沖抑制以及死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)等功能。 通過(guò)電流檢測(cè)放大器實(shí)現(xiàn)峰值開(kāi)關(guān)電 流檢測(cè)的方法主要有兩種： (1)采用外接檢測(cè)電阻 (2)采用變壓器耦合，采用外接檢測(cè)電阻最為簡(jiǎn)單，但是需要考慮檢測(cè)電阻上的功耗問(wèn)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(wú)論采用何種方法，都必須盡量降低最大檢測(cè)電壓條件下的功耗。另外，如果采用檢測(cè)電阻直接檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流，為防止因開(kāi)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(gè) 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(kāi)關(guān)管直通，在實(shí)際過(guò)程中， UC3846/47 內(nèi)部的振蕩器將生成特定的輸出“死區(qū)”時(shí)鐘信號(hào)。該脈沖信號(hào)將使兩個(gè)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(shí)間的大小由振蕩器的下降時(shí)間決定，是定時(shí)電容Ct的函數(shù)。死區(qū)時(shí)間 145dtrC? () UC3846 具有快速保護(hù)功能，它與電流取樣電路延時(shí)關(guān)斷不同。保護(hù)功能腳（腳 16）經(jīng)檢測(cè) 放大器接晶閘管的門(mén)極，當(dāng)電路發(fā)生異常時(shí)，使腳 16 電位上升到 ，保護(hù)電路動(dòng)作，晶閘管導(dǎo)通，使腳 1電平被拉至接近地電平，電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，輸出脈沖封鎖。 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路如下圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 帶隔離變壓器的驅(qū)動(dòng)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(shí)隔離變壓器上的電壓為 (1－ D)Ui、關(guān)斷時(shí)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(diǎn)： ① 電路結(jié) 構(gòu)較簡(jiǎn)單可靠 ,具有電氣隔離作用。當(dāng)脈寬變化時(shí) ,驅(qū)動(dòng)的關(guān)斷能力不會(huì)隨著變化。 ② 該電路只需一個(gè)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(dòng)的管子時(shí)提供一個(gè)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(gè)較大缺點(diǎn)是輸出電壓的幅值會(huì)隨著占空比的變化而變化。當(dāng) D較小時(shí) ,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(guò) MOSFET 柵極的允許電壓。當(dāng) D大于 小于其負(fù)向電壓 ,此時(shí)應(yīng)該注意使其負(fù)電壓值不超過(guò) 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(chǎng)合。 所以一級(jí)變換器驅(qū)動(dòng)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(cè)電路， A 點(diǎn)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(guò)壓保護(hù)的限值。 原理為，當(dāng) UiR2/（ R1+R2）高于 UH（ 1+R3/R4）時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出 Uo 變?yōu)?Ucc，而當(dāng)小于時(shí)輸出 Uo變?yōu)榱恪? 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 輸入過(guò)壓保護(hù)電路 圖 輸入過(guò)流保護(hù)電路 圖中電流互感器的一次側(cè)串入主電路中用以檢測(cè)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(shí)，比較器 A輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，并?RS 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，去封鎖 PWM 輸出，使主電路開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。要重新啟動(dòng)電路，則必須在 RS觸發(fā)器 R端施加復(fù)位信號(hào)。 當(dāng)電源供電電壓過(guò)低或電源輸出端過(guò)載、短路時(shí)，電源的初級(jí)電流都會(huì)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(shí)，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(jí)功率管導(dǎo)通時(shí)，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(shí)間的保護(hù)，但長(zhǎng)時(shí)間的短路必然會(huì)導(dǎo)致功率管?chē)?yán)重發(fā)熱乃至損壞，所以在電源設(shè)計(jì)時(shí)必須增加欠壓檢測(cè)和保護(hù)電路，當(dāng)檢測(cè)到電源輸出端出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象時(shí) ，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉電源控制器，以防電源損壞。 輸出端欠壓檢測(cè)，可以采用初級(jí)間接檢測(cè)和次級(jí)直接檢測(cè)兩種方法，一般來(lái)說(shuō)次級(jí)直接檢測(cè)更迅速準(zhǔn)確，因而在電源設(shè)計(jì)中采用較多。最普通的次級(jí)直接檢測(cè)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(jì)（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(duì)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(kāi)通時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管的負(fù)擔(dān)問(wèn)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(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷時(shí)開(kāi)始動(dòng)作，在理想狀態(tài)下，場(chǎng)效應(yīng)管的漏一源電壓是緩慢上升的。但在實(shí)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(shí)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(guò)程中，緩沖電容的最高充電電壓必須控制在場(chǎng)效應(yīng)管的最大許用漏一源電壓內(nèi)。 1. 緩沖電容 C的計(jì)算緩沖電容器所需要的電容值可以由下式計(jì)算出 : ? ?202sD SP dLICVE? ? （ ） 其中 :L 是主電路的寄生電感 。 Io 是場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷時(shí)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(jì)（論文） 31 緩沖電容器的電壓最高值應(yīng)該控制在場(chǎng)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(jì)算 . 如果要控制電壓的上升率，應(yīng)該在 MOSFET 的每一個(gè)開(kāi)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(kāi)關(guān)周期小，通常是開(kāi)關(guān)周期的 1/3。在本電源中，要求緩沖電阻在場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行下一次斷開(kāi)動(dòng)作之前，要將儲(chǔ)存電荷的 90%放電，緩沖電阻應(yīng)該是 : s sR Cf? （ ） 其中 :f是開(kāi)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(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)通時(shí)漏極流峰值也會(huì)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(wú)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(shí)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(guò)渡過(guò)程，其正向電壓會(huì)隨著電流的上升首先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)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(shí)間加長(zhǎng)，高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)緩沖二極管產(chǎn)生的損耗就會(huì)變大，從而影響頻率的提高。所以應(yīng)該選擇反向恢復(fù)時(shí)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(huì)引起緩沖二極管的反向 電壓過(guò)沖，并且緩沖二極管反向恢復(fù)動(dòng)作時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管的漏一源極電壓會(huì)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(kāi)關(guān)損耗，減小電磁干擾噪聲。 自舉電路設(shè)計(jì) 供電電路設(shè)計(jì) 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(dá)到 UC3842 的啟動(dòng)電壓時(shí)，芯片開(kāi)始工作，構(gòu)成了啟動(dòng)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(shí)，感應(yīng)電壓經(jīng)整流濾波后，通過(guò) 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(lái)保護(hù)R Q R Z1構(gòu)成的瞬間啟動(dòng)后電路不會(huì)因?yàn)楣β蚀蠖鴵p壞。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)、供電電路 自舉電路 變換器啟動(dòng)以前沒(méi)有控制電源，但你需要電源來(lái)啟動(dòng)變換器。最簡(jiǎn)單辦法是用一個(gè)自舉電路。它是用一個(gè)電阻和一個(gè)電容直接從輸入直流母線獲得控制電源，當(dāng)主變換器運(yùn)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(shí)，電容 C通過(guò)電阻 R充電，電容電壓上升。當(dāng)達(dá)到 PWM 芯片的欠壓封鎖（ UVLO）門(mén)限電壓時(shí)， PWM芯片開(kāi)始工作。由電容提供能量驅(qū)動(dòng)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(guò)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(dòng)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(gè)很大的電容才行。 PWM 芯片 UC3846 需要電源提供 33mA 才能運(yùn)行。在加上 10mA 的柵極驅(qū)動(dòng)電流，以及其它部分?jǐn)?shù) mA，總共需要大約 50mA。假定變換器進(jìn)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(jìn)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(guò)電阻 R對(duì)電容充電，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間又達(dá)到欠壓上門(mén)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(jiǎn)介 MATLAB 是美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè) 數(shù)學(xué)軟件 ，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（ Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，和 Mathematica、Maple并稱 為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在 數(shù)值計(jì)算 方面首屈一指。 MATLAB 可以進(jìn)行 矩陣 運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、 圖像處理 、 信號(hào)檢測(cè) 、金融建模設(shè)計(jì)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(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來(lái)解算問(wèn)題要比用 C， FORTRAN 等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn) ,使MATLAB 成