【正文】 4 控制電路和保護電路設計 17 電源的性能例如輸入的線性調整、輸入線與負載的變動反應特性，基本上取決于歸返回路 (return loop)的結構。 (b) 電壓模式控制。 圖 電壓模式控制的 DCDC變頻器基本電路 有關電流模式控制 圖 DCDC轉換器電路實例，由圖可知它是在電壓反饋端追加設置可使電感電流返回 的回路。 的電流模式控制的 DCDC 變換器的電感檢測方法有三種，分別是 : (一 ) 平均電流模式控制。西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 18 (三 ).峰值電流模式控制。 圖 平均電流模式控制的 DCDC 變換器基本電路 峰值 (peak)電流模式控制則是電源電路設計經(jīng)常使用的方式。此外峰值電流模式控制變換器能獲得良好的線形調整特性，因此可去除輸入電源的交流諧波成份，去除音頻噪聲。電感電流 IL值亦即控制電壓，是利用輸出電壓的歸返信號控制， IL的檢測信號則與控制電壓 Vc作比較，被檢測的 IL直到與 Vc相同之前， PWM 調節(jié)器的輸出會持西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 19 續(xù)維持 Tr1為 ON 狀態(tài)，若 IL與 Vc相同時就使 Tr1為 OFF 狀態(tài)。 由上述可知電流模式的優(yōu)點： (一 ) 具備良好的線形調整特性 (二 ) 位相補償非常簡單 (三 ) 響應特性不仰賴電流連續(xù)與電流非 連續(xù)動作模式 (四 ) 不需另外設置電流限制電路 峰值電流模式的缺點： (一 )輸出電感峰值電流恒定而非平均電流恒定 (二 )對輸出電感電流擾動的響應 (三 )電流模式的斜率補償 電流模式控制的轉換器必需增加設置各種電路，因此設計上顯得比較復雜，不過電流模式控制的優(yōu)點卻大于缺點，尤其是輸入電壓范圍很大的系統(tǒng)例如 PC、高頻通訊設備，或是要求低輸出變動的系統(tǒng)，電流模式控制具備的線形調整特性就可獲得充分的發(fā)揮。相較之下 電壓模式控制的轉換器為維持連續(xù)模式，必需設置很大的磁氣電路。設計中一級變換器的占空比小于 50%不存在擾動響應和斜率補償?shù)膯栴}，而二級變換中需要應用斜率補償，以避免震蕩。若選擇 R1， R2 使疊加到 Vi 電壓斜率等于 輸出電感電流下降斜率的一半，則輸出電感電流平均值與開關管脈寬無關。 電流檢測方法 功率開關電路的電路拓撲分為電流模式控制和電壓模式控制。而在電流模式的控制電路中，需要準確、高效地測量電流值，故電流檢測電路的實現(xiàn)就成為一個重要的問題。 電流檢測電路的實現(xiàn)方法主要有兩類：電阻檢測和電流互感器檢測。 在實際電路設計時，特別在設計大功率、大電流電路時采用電阻檢測的方法并不理想，因為檢測電阻損耗大，達數(shù)瓦，甚至十幾瓦；而且很難找到幾百毫歐或幾十毫歐那么小的電阻。 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 21 圖 電流互感器檢測在保持良好波形的同時還具有較寬的帶寬，電流互感器還提供了電氣隔離，并且檢測電流小損耗也小，檢測電阻可選用稍大的值，如一二十歐的電阻。 如果電流互感器的磁芯不能復位，將導致磁芯飽和。 電流互感器檢測最適合應用在對稱的電路，如推挽電路、全橋 電路中。 綜上所述，一級變換電流檢測采用圖 ，二級采用圖 ，較簡單實用。對其做一個簡單介紹。這些集成電路具有可微調的振蕩器、能 進行精確的占空比控制、溫度補償?shù)膮⒖肌⒏咴鲆嬲`差放大器。其它的保護特性包括輸入和參考欠壓鎖定，各有滯后、逐周電流限制、可編程輸出靜區(qū)時間和單個脈沖測量鎖存。 UCX843A 是專為低壓應用設計的，低壓鎖定門限為 伏（通）和 伏（斷）。 各管腳功能說明如下表 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 23 圖 UC3842管腳功能表 各個管腳用法及接線： 圖 誤差放大器的補償 電路接法 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 24 圖 關斷鎖定 必須選用 MCR101 SCR 以保持在 Tmin 時電流小于 ，所有電阻都是 10K。 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 25 圖 軟啟動電路 推挽式控制電路設計 控制芯片選用 UC3846，其資料如下： UC3846/47 電流模式 PWM 控制器最早是由美國尤尼創(chuàng)公司 (Unitrode C0rporation)推出的，現(xiàn)由美國德州儀器公司生產(chǎn)。 UC3846/47 系列電流模式 PWM控制器分軍品、工業(yè)品和民品三個等級，相對應的型號分別為 UC1846/47， UC23846/47 和 UC3846/47。 特點和引腳說明 高頻開關電源集成控制器 (1)自動前饋補償。 (3)推挽輸出結構下自動對稱校正。 (5)可并聯(lián)運行，適用于模塊系統(tǒng)。 (7)雙脈沖抑制功能。 (9)精密帶隙基準電源，精度177。 (10)內置欠電壓鎖定電路。 (12)具有外部關斷功能。 圖 UC3846原理框圖 2． UC3846/47 的引腳功能簡介如下： 178。該端可接給定信號。該端輸出一溫度特性極佳的基準電壓。 C/S（引腳 3）：電流檢測比較器反相輸入端。 178。該端接給定信號。 E/A+(引腳 5)：誤差放大器同相輸入端。 178。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該端接輸出反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端直接與引腳 7 相連，構成跟隨器。 COMP(引腳 7)：誤差放大器輸出端。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端可直接與引腳 6相連。 178。 178。 178。在該端輸入一方波信號可實現(xiàn)控制器的外同步。 ．． A OUT(引腳 11)：輸出端 A。 178。 178。 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 27 178。引腳 14和引腳 11是兩路互補輸出端。 178。 UC3846/47 內置精密帶隙可調基準電壓、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、外部關斷、雙脈沖抑制以及死區(qū)時間調節(jié)等功能。而采用變壓器耦合雖然結構上比較復雜，但既能起到隔離作用，又能提高效率，是比較理想的選擇。另外，如果采用檢測電阻直接檢測開關電流，為防止因開關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。 為了防止開關管直通，在實際過程中， UC3846/47 內部的振蕩器將生成特定的輸出“死區(qū)”時鐘信號。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)。保護功能腳（腳 16）經(jīng)檢測 放大器接晶閘管的門極，當電路發(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。導通時隔離變壓器上的電壓為 (1－ D)Ui、關斷時為 DUi,若主功率管 S 可靠導通電壓為 12V,則隔離變壓器原副邊匝比 N1/N2 為 12/(1－ D)/Ui。該電路具有以下優(yōu)點： ① 電路結 構較簡單可靠 ,具有電氣隔離作用。 ② 該電路只需一個電源 ,即為單電源工作。 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 D大于 小于其負向電壓 ,此時應該注意使其負電壓值不超過 MOSFET 柵極的允許電壓。 所以一級變換器驅動采用該電路。調節(jié)器 RP 可以改變過壓保護的限值。 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（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串入主電路中用以檢測電流。 當主電路電流增大， Ur1=R1is/n 隨之增大，當 Ur1 大于 UH時，比較器 A輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，并?RS 觸發(fā)器翻轉，去封鎖 PWM 輸出，使主電路開關管關斷。 當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)。在初級功率管導通時，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致功率管嚴重發(fā)熱乃至損壞，所以在電源設計時必須增加欠壓檢測和保護電路，當檢測到電源輸出端出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象時 ，應及時關閉電源控制器，以防電源損壞。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。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管的負擔問題。 圖 RCD電路 充放電型 RCD 緩沖電路在場效應管關斷時開始動作，在理想狀態(tài)下，場效應管的漏一源電壓是緩慢上升的。為了應用 充放電型 RCD 緩沖電路，關斷過程中，緩沖電容的最高充電電壓必須控制在場效應管的最大許用漏一源電壓內。 Io 是場效應管關斷時的漏極電流 。 Ed 是直流電源電壓。 R 的計算 . 如果要控制電壓的上升率，應該在 MOSFET 的每一個開通周期內將電容的電荷完全釋放，要求緩沖電路的 RC 常數(shù)比開關周期小，通常是開關周期的 1/3。 緩沖電阻值如果取得太低，由于緩沖電路的電流振蕩，場效應管開通時漏極流峰值也會增加，在滿足上式的情況下應該盡量取大值。 3. 緩沖二極管是非常關鍵的元件，其瞬態(tài)正向壓降是斷時產(chǎn)生尖峰電壓的原因之一。所以應該選擇反向恢復時間短的緩沖二極管。功率二極管的恢復系數(shù) Sr 定義為 tb 與 t。 S，越大，二極管恢復性能越平順，有利于減小振蕩，因此應該選擇反向恢復特性軟的緩沖二極管。 自舉電路設計 供電電路設計 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，當電壓達到 UC3842 的啟動電壓時，芯片開始工作，構成了啟動電路； T1 轉換器工作后由變壓器繞組 1314 和 1315 提供的感應電壓經(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構成的瞬間啟動后電路不會因為功率大而損壞。最簡單辦法是用一個自舉電路。方法適合于有欠壓封鎖功能的 PWM 芯片。當達到 PWM 芯片的欠壓封鎖（ UVLO）門限電壓時， PWM芯片開始工作。變換器工作，由主變壓器自舉線圈向 PWM 芯片供電。 圖 UC3846自舉電路 從接通電源到 PWM 芯片工作，并驅動功率晶體管導通，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。 PWM 芯片 UC3846 需要電源提供 33mA 才能運行。假定變換器進入正常工作需要 10ms。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 內降落比回差大， PWM 將恢復到欠壓鎖定狀態(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。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)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分。它在數(shù)學類科技應用軟件中在 數(shù)值計算 方面首屈一指。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、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 成為一