CH4 控制电路

1、第四章第四章 控制电路控制电路第一节第一节 概述概述 开关变换系统的结构开关变换系统的结构电路框图电路框图PWM ICVinVo隔离驱动第第四四章章 控制电路控制电路控制框图电压调节器放大滤波VrVoVfK+-第四章第四章 控制电路控制电路调制方式：调制方式：脉冲宽度调制脉冲宽度调制 PWMPWMpulse width modulationpulse width modulation脉冲频率调制脉冲频率调制 PFM- pulse frequency modulationPFM- pulse frequency modulation4.1 4.1 驱动电路驱动电路控制控制电路电路隔离隔离/驱驱动

2、电路动电路功率功率开关开关变换器变换器主电路主电路PWM信号信号驱动电路性能对变换器性能的影响驱动电路性能对变换器性能的影响:1.变换效率变换效率(开关器件：开关、导通损耗开关器件：开关、导通损耗)2.开关器件应力开关器件应力(开开/关过程中关过程中)3.EMI/EMC驱动电路驱动电路4.1.1 4.1.1 对驱动电路的要求对驱动电路的要求 以双极型功率晶体管以双极型功率晶体管(GTR)(GTR)为例为例: :1.1.Q Q开始开通时开始开通时, ,驱动脉冲上升沿陡、有一定的过冲驱动脉冲上升沿陡、有一定的过冲 开通快开通快2. Q2. Q导通期间，合适的饱和深度导通期间，合适的饱和深度 导通压

3、降低，驱动功率小，导通压降低，驱动功率小， 关断快（存储时间小）关断快（存储时间小）3. 3. 关断瞬间反向驱动（抽流）关断瞬间反向驱动（抽流） 关断快关断快ibt简单驱动简单驱动PWM控制控制IC限流限流 放电放电 限压限压4.1.2 4.1.2 直接驱动电路直接驱动电路互补式驱动（推挽）互补式驱动（推挽）PWM控制控制ICVc4.1.3 4.1.3 功率放大的驱动电路功率放大的驱动电路4.1.4 4.1.4 磁耦合磁耦合- -变压器隔离变压器隔离特点特点:1.即可传递信号又可传递功率即可传递信号又可传递功率 2.频率越高频率越高,体积越小体积越小-适合高频应用适合高频应用 用于传送较低频信

4、号时用于传送较低频信号时 调制调制/解调解调 驱动电路的隔离技术驱动电路的隔离技术驱动电路驱动电路隔离技术隔离技术4.1.5 光耦合（光耦合（Photocoupler/ Optocoupler） 光耦器件类型举例光耦器件类型举例普通光耦普通光耦 达林顿光耦达林顿光耦 高速数字光耦高速数字光耦 TLP521 TIL113 6N137驱动电路的隔离技术驱动电路的隔离技术特点：特点：1. 参数设计简单参数设计简单 2. 输出端需要隔离驱动电源输出端需要隔离驱动电源 3. 带宽带宽/驱动功率有限驱动功率有限4.2 4.2 脉宽调制原理脉宽调制原理PWM（Pulse Width Modulation）控

5、制）控制脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）PWM控制器基本工作原理 随着微电子技术的发展， 各种各样的PWM型直流变换器集成控制器不断出现， 因此开关稳压电源的元器件数量大幅度地减少。 这不但使开关稳压电源的可靠性提高， 而且还能简化开关稳压电源的设计计算， 使开关稳压电源更便于生产和维护。 PWM集成控制器通常分为电压型控制器和电流型控制器两种。 电压型控制器只有电压反馈控制， 可满足稳定输出电压的要求， 电流型控制器增加了电流反馈控制， 除了稳定输出电压外， 还有以下优点： (1) 当流过开关管的电流达到给定值时， 开关管自动关断， 因

6、此可实现逐周限流。 (2) 自动消除工频输入电压经整流后的纹波电压， 在开关电源输出端， 300 Hz以下的纹波电压很低， 因此可减小输出滤波电容的容量。 (3) 多台开关电源并联工作时， PWM开关控制器具有内在的均流能力。 (4) 具有更快的负载动态响应。 PWM集成控制器的组成和波形常用的脉宽调制(PWM)型集成控制器由下图所示的几个部分组成。CW1525/CW1527CW1525/CW1527CW1525/CW1527内部结构框图内部结构框图1525输出级输出级1527输出级输出级电压型PWM集成控制器 SG1525/SG1527内部结构框图内部结构框图基准电压源基准电压源振荡器振荡器

7、误差放大器误差放大器封锁封锁输出级输出级比较器比较器/锁存器锁存器锯齿波锯齿波脉冲分配脉冲分配: A/BAB分相器分相器输出电输出电压采样压采样软起动软起动 CW1525/CW1527 CW1525/CW1527系列集成系列集成PWMPWM控制器控制器1. 基准电压源基准电压源2. 振荡器振荡器-外加外加RC、产生锯齿波（调制波）；、产生锯齿波（调制波）； 外同步（频率高的去同步频率低的）外同步（频率高的去同步频率低的） CT CTSYNC无无外同步信号时外同步信号时有有外同步信号时外同步信号时CW1525CW1525的组成部分及其功能的组成部分及其功能3. 误差放大器：运算放大器，用于构成电

8、压调节器误差放大器：运算放大器，用于构成电压调节器4. PWM比较器及锁存器比较器及锁存器 (及软起动及软起动,关闭关闭)5. 分相器：将分相器：将PWM脉冲交替分配给输出端脉冲交替分配给输出端A和和B6. 欠压封锁欠压封锁7. 输出级：驱动。并形成死区及输出封锁输出级：驱动。并形成死区及输出封锁CW1525CW1525的组成部分及其功能的组成部分及其功能电流型PWM集成控制器UC3842/3/4/5应用 UC3842/3/4/5系列电流型PWM控制器内部包括带滞后的欠压封锁电路(UVLO)、 振荡器(OSC)、 误差放大器、 电流取样比较器、 PWM锁存器和推拉输出电路等， 如下图所示。VC

9、C 7125934VUVLOS/R5V基准2.50V47OSC振荡器VREF正常逻辑内部偏压TSR23GROUNDRT/CTVFB11COMP35CURRENTSENSE2RR1V电流取样比较器PWM锁存器711VC610输出58功率接地814VREF5.0V50mA误差放大器图 UC3842/3/4/5内部结构框图引脚排列及功能：引脚排列及功能： 该系列IC采用DIL-8脚、 SOIC-8脚、 SOIC-14脚及PLCC-20脚多种封装形式。 最常用的是DIL-8脚、 SOIC-8脚和SOIC-14脚封装， 该封装形式的引脚排列如图所示。 DIL-8,SOIC-8封装1234VREFVFBI

10、SENSERT/CT8765VCCOUTPUTGROUNDSOIC-14封装1234567COMPN/CVFBN/CISENSEN/CRT/CT14 VREF13 N/C12 VCC11 VC1110 OUTPUT9 GROUND8 PWR GNDCOMP八脚封装的各引脚功能如下：八脚封装的各引脚功能如下： 1 脚COMP： 误差放大器补偿脚。 该脚与误差放大 器反相输入端VFB 之间应接入RC补偿网路， 以改 善误差放大器的性能。 2 脚VFB ： 误差放大器反相输入脚。 反馈电压接入 该脚， 与误差放大器同相输入端的基准电压比较， 以便设定误差电压。3 脚ISENSE ： 电流取样比较器同

11、相输入端。 电流取 样电阻两端的压降加到该脚， 与加到该放大器反相 输入端的误差电压(最大值为1 V)比较， 确定输出驱 动脉冲的占空比。4 脚RT/CT： 外接振荡器定时电阻RT和定时电容CT。 该脚与基准电压输出脚VREF 之间接入RT。 该脚 与接地脚之间接入CT。 5 脚GROUND： 接地脚。6 脚OUTPUT： 输出脚。 该脚输出的低电平为1.5 V， 输 出灌电流(平均值)为200 mA。 输出的高电平为13.5 V， 输出源电流(平均值)为200 mA， 输出峰值电流可达1 A。 7 脚VCC ： 电源电压。 该系列IC的输入电源电压可达30 V。 8 脚VREF ： 基准电压

12、输出端。 该脚输出电压为5 V， 输 出电流可达5 mA。 该基准电压可为外部电路供电。 基本工作原理：基本工作原理： 1) 欠压封锁电路 欠压封锁电路可以确保该系列IC具有适当的工作电压。 带滞后的欠压封锁电路及工作特性如图所示。 UC3842UC3844UC3843UC3845VON16V8.4VVOFF10V7.6V控制IC输出接通和关断7VCCVOFFVON17mA1mAICCVCC欠压封锁电路及其工作特性 2) 振荡器 振荡器外部RT、 CT的接法及RT、 CT选择曲线如图所示。 8 脚的5 V基准电压源通过定时电阻RT对定时电容CT充电。 电容C通过器件内部的电流源放电。 845V

13、REFRT/CTGroundRT5k f 1.72RTCT死区时间与CT的关系3010310.312.2 4.7 10 22 47 100CT/nFCT47nFCT22nFCT10nFCT4.7nFCT2.2nFCT1.0nFCT100nFtd /sRT /k100301031001k10k100k1M定时电阻与开关频率的关系频率/HzRTCT(RT 5k)RT、 CT的接法及选择曲线(a)(b)(c) 选择振荡元件RT、 CT时， 应首先确定PWM控制器所需的死区时间td， 在最佳工作状态下， td应为振荡周期的15%。 死区时间td与定时电容CT的关系如上图(b)所示。 死区时间确定后，

14、即可根据该曲线选择定时电容CT的容量。 根据选定的定时电容的容量和振荡频率， 即可根据上图(c)选择定时电阻的阻值。 定时电阻RT也可根据下式计算： 1.8()()()OSCTTfkHzRkCF 在UC3844和UC3845中， 振荡器输出信号驱动双稳态多谐振荡器， 从而输出双路驱动信号， 输出脉冲最大占空比为50%， 因此振荡器的振荡频率应为所需开关频率的两倍。 UC3842和UC3843最大占空比为100%， 振荡频率与开关电源的工作频率相同。 应当说明， 该系列IC的最高振荡频率为500 kHz。 3) 电流取样与限流 电流取样电路如下图所示。 在正常工作情况下， 电流取样电阻RS两端的

15、峰值电压， 由误差放大器的输出电压VC控制。 流过RS的峰值电流为： SCKPRVVi34 . 1式中， VC为控制电压， 也即误差放大器的输出电压2RR1VCOMP1CURRENT3SENSEGND5RRsCIs误差放大器电流取样比较器 为了减小电流取样电阻RS的功耗， 也可采用电流互感器取样电路。 电流取样放大器反相输入端的电压通常箝位在1 V。 该放大器的同相输入端(即电流取样输入端ISENSE )的电压达到该门限值时， 开关电源将产生限流作用。 开关电源变压器初级最大电流imax 由下式计算：sRVNi1max 4) 误差放大器 误差放大器基本电路如图所示。 该放大器的同相输入端没有引

16、出脚。 在器件内部， 该脚接有2.5 V2%的基准电压。 该放大器的输出端(1 脚)与反相输入端(2 脚)之间接有补偿网络， 以便控制闭环频率响应。 反馈补偿网络在回路传输特性的 处将产生一个极点。 1/(2)PFFfR C21E/ARfUoRiUc2.50VRdCf误差放大器基本电路 5) 推拉输出级 该系列IC的推拉输出级驱动MOSFET时， 峰值电流可达1 A。 驱动双极型功率晶体管时， 平均电流可达200 mA。 器件内部输出晶体管之间交越导通很小。 输入电压为30 V， 工作频率为200 kHz时，平均附加功耗只有80 mW。 VCCGNDOUTUC3842560.22FN20VD1N10101520 30V(a)VCCGNDOUTUC384256VD110 20V77R11020(b)VCCGNDOUTUC384256VD112 20V7R1(c)R21k15VC1外接驱动电路 5. 实际应用电路 由UC3844组成的25 W离线式开关稳压器实际电路如图所示。 VAROVM 68R151W220VACC1250F400VR44.7kR320k27R5 150k100C14 pF184C60.0022 FC5R2120k2WC2100F25VC322FVD21N3612R968