1、引言

本文介紹和比較了電壓型PWM控制器和電流型PWM控制器的優(yōu)缺點(diǎn)，著重論述了電流型控制芯片UC3846在大功率全橋開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用，并對(duì)電路進(jìn)行具體的分析。

2、電壓型和電流型PWM控制器

2.1、電壓型PWM控制器

目前應(yīng)用廣泛的PWM控制器都是采用電壓模式控制的，它只對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)Vf作為反饋信號(hào)與基準(zhǔn)電壓vr在誤差放大器中進(jìn)行比較放大，得到誤差信號(hào)Ve，ve和鋸齒波信號(hào)比較后通過(guò)PWM比較器輸出一系列高頻脈沖來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止，它的主要缺點(diǎn)是：響應(yīng)速度慢，穩(wěn)定性差，甚至在大信號(hào)變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生振蕩，造成功率管損壞等故障。

圖1 電壓控制型的原理圖

2.2、電流型PWM控制器

針對(duì)上述電壓型控制器的缺點(diǎn)，最近十幾年發(fā)展起來(lái)電流型控制技術(shù)。圖2所示的是電流控制型的原理圖，它的工作原理是通過(guò)采用恒頻時(shí)鐘脈沖置位鎖存器輸出脈沖驅(qū)動(dòng)功率管導(dǎo)通，電源回路中的電流脈沖逐漸增大，當(dāng)電流在采樣電阻Rs上的幅度達(dá)到Ue時(shí)，脈寬比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，鎖存器復(fù)位，驅(qū)動(dòng)撤除，功率管截止。這樣逐個(gè)檢測(cè)和調(diào)節(jié)電流脈沖，就可達(dá)到控制電源輸出的目的。電流控制型是在電壓反饋PWM控制環(huán)內(nèi)部增加電流反饋的控制環(huán)節(jié)，由于存在電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)使得變換器的線電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率以及瞬態(tài)響應(yīng)特性都有比較大的提高。但需要注意的是峰值電流控制型電路當(dāng)電路占空比大于50%時(shí)，需要加入斜率補(bǔ)償電路。

圖2 電流控制型的原理圖

3、脈寬調(diào)制芯片U03846的簡(jiǎn)介

UC3846最早是由unitrode公司推出的電流脈寬調(diào)制芯片，該芯片采用大電流圖騰柱式雙端輸出，輸出峰值電流可達(dá)500mA，能直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管，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，具有自動(dòng)關(guān)斷功能。其主要優(yōu)點(diǎn)是功能齊全、自動(dòng)前饋補(bǔ)償、欠壓保護(hù)、終端鎖機(jī)保護(hù)，較好的負(fù)載響應(yīng)特性。外圍控制電路簡(jiǎn)單，工作頻率高達(dá)500KHZ。最高輸入電壓為40V，基準(zhǔn)電壓輸出典型值為5.1V，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 UC3846內(nèi)部框圖

4、UC3846芯片的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)與具體分析

4.1、主電路的設(shè)計(jì)

本文電路的設(shè)計(jì)輸出功率為1KW，因此主電路采用全橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖4所示：

圖4 主電路原理圖

圖4中G1，G2，G3，G4，和主變壓器T1組成全橋式拓?fù)潆娐?，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是主變壓器只需要一個(gè)原邊繞組，通過(guò)正反向的電壓得到正、反向磁通，副邊有兩組中心抽頭繞組采用全波整流輸出，變壓器的利用效率很高。缺點(diǎn)是需要設(shè)置一定的死區(qū)時(shí)間，防止上下兩管直通。主變壓器T1采用E55磁芯，材質(zhì)為PC40，原邊繞組匝數(shù)為25匝，副邊繞組匝數(shù)為3匝，變壓器不留氣隙，在繞制的時(shí)候采用“三明治”繞法即“初級(jí)+次級(jí)+初級(jí)”的繞法進(jìn)行繞制，采用這種繞法可以減少變壓器的漏感，由于次級(jí)輸出電流較大，故次級(jí)采用四組多股線圈并繞3匝而成。Rl，C1為吸收電路場(chǎng)效應(yīng)管采用低柵荷的IRFP460LC開(kāi)關(guān)管，LT為初級(jí)電流檢測(cè)用的電流互感器，作為電流控制時(shí)的電流取樣用。

4.2、PWM控制電路

圖5 控制電路

由UC3846構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源控制電路如圖5所示，UC3846的8腳和9腳所接的ct和Rt決定振蕩器的工作頻率，PWM振蕩頻率近似計(jì)算公式

由TL431和光耦PC8l7以及外圍電路組成簡(jiǎn)單可靠的電壓反饋外環(huán)電路，并將反饋信號(hào)送至6腳。電流互感器LT將獲得電流反饋內(nèi)環(huán)信號(hào)經(jīng)R13，C8組成的濾波器濾除電流前沿尖峰后送入4腳，放大3倍后和電壓誤差信號(hào)進(jìn)行比較。在引腳6腳和7腳之問(wèn)接入阻容R5，C3構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，用于補(bǔ)償閉環(huán)增益和進(jìn)行頻響調(diào)節(jié)，R15，C1組成斜坡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作，引腳1外接軟啟動(dòng)電容c2，當(dāng)引腳1上的電壓低于0.5V時(shí)，UC3846的兩個(gè)輸出端將沒(méi)有輸出，通過(guò)對(duì)電容c2的充電可以很簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)電路軟啟動(dòng)功能，引腳l6腳外接保護(hù)電路，當(dāng)16腳電位上升到O.35V，電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，封鎖輸出脈沖。控制電路的電源由輔助電源電路提供。

4.3、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

由于驅(qū)動(dòng)電路的浮地電位與被驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)管源極電位不同，需要采用電位隔離的方式驅(qū)動(dòng)，本文采用IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)器，它的浮置電源采用自舉升壓電路，能夠很好的實(shí)現(xiàn)控制電路主電路的互相隔離，同時(shí)具有體積小、速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。全橋電路有兩對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管，因此需要兩塊IR2i10構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，由IR2110構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示

圖 6 驅(qū)動(dòng)電路

圖中，C1，c2為自舉升壓電容，VCC經(jīng)D1，C1和G3給C1充電，實(shí)現(xiàn)G3關(guān)閉，G1導(dǎo)通時(shí)，G1的柵極上有足夠的儲(chǔ)能來(lái)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于自舉電容的選擇，一般用一個(gè)大電容和一個(gè)小電容并聯(lián)使用，小電容的作用是吸收毛刺干擾電壓，驅(qū)動(dòng)大容量的MOS管，上管的驅(qū)動(dòng)波形峰頂如果出現(xiàn)下降的現(xiàn)象則要選取容量大一點(diǎn)的電容，電路中還增加了穩(wěn)壓二極管v5，V6避免VB過(guò)電壓損壞IR2110。

5、實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

按照以上分析和計(jì)算設(shè)計(jì)了一款全橋型開(kāi)關(guān)電源樣機(jī)，其設(shè)定輸出電壓為+24V，額定輸出電流40A，測(cè)試結(jié)果表明，電壓調(diào)整率和輸出電壓紋波均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足了設(shè)計(jì)要求。