开关电源-控制电路的设计

1、1第第8章章 控制电路的设计控制电路的设计引言引言8.1 8.1 控制电路结构和主要组成部分的原理控制电路结构和主要组成部分的原理8.2 8.2 电压模式控制电路的设计电压模式控制电路的设计8.3 8.3 峰值电流模式控制电路的设计峰值电流模式控制电路的设计8.4 8.4 平均电流模式控制电路的设计平均电流模式控制电路的设计2 引引 言言v开关电源的主电路主要处理电能，而控制电路主开关电源的主电路主要处理电能，而控制电路主要处理电信号，属于要处理电信号，属于“弱电弱电”电路，它控制着主电路，它控制着主电路开关器件的工作。电源的很多指标，如稳压电路开关器件的工作。电源的很多指标，如稳压稳流精度、

2、纹波、输出特性等也与控制电路相关。稳流精度、纹波、输出特性等也与控制电路相关。控制电路的设计质量对电源的性能至关重要，是控制电路的设计质量对电源的性能至关重要，是设计工作的重点。设计工作的重点。v控制电路功能众多，相对复杂，设计内容复杂，控制电路功能众多，相对复杂，设计内容复杂，周期较长，甚至可能出现反复，有时一些参数的周期较长，甚至可能出现反复，有时一些参数的确定还需要通过试验来得到。确定还需要通过试验来得到。38.1 8.1 控制电路结构和主要组成部分的原理控制电路结构和主要组成部分的原理v控制电路的结构控制电路的结构调节器调节器PWM驱动驱动基准源基准源保护保护并机均流并机均流反馈反馈封

3、锁信号封锁信号去主电路去主电路电压电压/电流电流/温度温度连接并机线连接并机线u* i*ufif图（8-1）4一、驱动电路一、驱动电路v驱动电路是控制电路与主电路的接口，同开关电驱动电路是控制电路与主电路的接口，同开关电源的可靠性、效率等性能密切相关。驱动电路需源的可靠性、效率等性能密切相关。驱动电路需要有很高的快速性，能提供一定的驱动功率，并要有很高的快速性，能提供一定的驱动功率，并具有较高的抗干扰和隔离噪声能力。具有较高的抗干扰和隔离噪声能力。二、调节器电路二、调节器电路v调节器的作用是将给定量和反馈量进行比较和运调节器的作用是将给定量和反馈量进行比较和运算，得到控制量。调节器的核心是运算

4、放大器。算，得到控制量。调节器的核心是运算放大器。5三、并机均流电路三、并机均流电路v开关电源经常需要并机组成系统运行，以获得更开关电源经常需要并机组成系统运行，以获得更大的容量和更高的可靠性。大的容量和更高的可靠性。v根据各种负载对供电可靠性要求的不同，电源可根据各种负载对供电可靠性要求的不同，电源可以采用以下几种不同的运行方式以采用以下几种不同的运行方式：单机运行单机运行v采用单一电源向负载供电采用单一电源向负载供电。v特点：结构简单、成本低、但可靠性不高，特点：结构简单、成本低、但可靠性不高，一旦电源发生故障，供电中断一旦电源发生故障，供电中断。6并机均流控制的原理并机均流控制的原理并联

5、运行并联运行vN个电源并联构成的电源系统向负载供电，每个电源并联构成的电源系统向负载供电，每个电源的功率为负载所需功率的个电源的功率为负载所需功率的1/N。v特点：每个电源发生故障时，供电不中断，仅特点：每个电源发生故障时，供电不中断，仅是最大供电能力有所降低。电源数量多，成本是最大供电能力有所降低。电源数量多，成本上升。用于可靠性要求较高的场合上升。用于可靠性要求较高的场合。7并联冗余运行并联冗余运行vN+M个电源并联工作，每个电源的功率为个电源并联工作，每个电源的功率为负载最大功率的负载最大功率的1/N。运行时，每个电源平。运行时，每个电源平均承担负载功率均承担负载功率。v特点：发生故障的

6、电源数量小于等于特点：发生故障的电源数量小于等于M时，时，电源系统仍能提供负载所需的全部功率。电电源系统仍能提供负载所需的全部功率。电源数量多，成本更高。用于可靠性要求非常源数量多，成本更高。用于可靠性要求非常高的场合。高的场合。v为了达到可靠性目的，应尽量使并联运行的每个为了达到可靠性目的，应尽量使并联运行的每个电源的输出电流分配均衡。电源的输出电流分配均衡。8v电源并联后输出电流不相等的原因电源并联后输出电流不相等的原因：在输出电压相同的条件下，电压调节器误差信号在输出电压相同的条件下，电压调节器误差信号 不同，这反映了电路参数的分散性不同，这反映了电路参数的分散性。v为了补偿这种分散性，

7、使各电源的输出电流相等，为了补偿这种分散性，使各电源的输出电流相等，并且电压调节器误差信号都等于零。必须采取控制并且电压调节器误差信号都等于零。必须采取控制措施措施设置均流电路。设置均流电路。v并联均流方式可以分为并联均流方式可以分为：利用输出电压调整率均流（利用输出电压调整率均流（电源输出电压随输出电电源输出电压随输出电流变化而变化的程度，即两者之比称为输出电压调整率，流变化而变化的程度，即两者之比称为输出电压调整率，它反映了电源等效内阻的大小。人为增大各电源等效内它反映了电源等效内阻的大小。人为增大各电源等效内阻，并保证一定的一致性。阻，并保证一定的一致性。）9主从方式均流（主从方式均流（

8、主控制器稳压，其电压调节器输出作为主控制器稳压，其电压调节器输出作为其他从控制器的电流参考信号，其他从电源按照电流源其他从控制器的电流参考信号，其他从电源按照电流源运行，均流精度高，可达运行，均流精度高，可达0.5%。缺点是主控制器一旦损。缺点是主控制器一旦损坏，则系统瘫痪。坏，则系统瘫痪。）无主或自动选主的均流方式（无主或自动选主的均流方式（基本思路是在电源间通过基本思路是在电源间通过并机电缆或称均流总线来传递均流信号，每个电源根据并机电缆或称均流总线来传递均流信号，每个电源根据均流信号调节自身输出电流，达到相互一致目的。均流信号调节自身输出电流，达到相互一致目的。）v最大电流自动均流法最大

9、电流自动均流法v自动选主的主从均流法等自动选主的主从均流法等10v最大电流自动均流法原理最大电流自动均流法原理v均流母线电压正比于输出电流最大的电源的电流，即均流信均流母线电压正比于输出电流最大的电源的电流，即均流信号为各电源电流的最大值。号为各电源电流的最大值。v各电源调节自身电流方法：均流信号与本电源反馈电流信号各电源调节自身电流方法：均流信号与本电源反馈电流信号之差乘以比例系数，加到本电源的电压给定中。当误差增大之差乘以比例系数，加到本电源的电压给定中。当误差增大时，本电源电压给定略微提高，使得本电源开环电压提高，时，本电源电压给定略微提高，使得本电源开环电压提高，分得更多的负载电流。分

10、得更多的负载电流。v缺点缺点：通过调节电压给定来调节输出电流，会造成输出电压通过调节电压给定来调节输出电流，会造成输出电压的波动，影响稳压精度；的波动，影响稳压精度；同时若比例系数过大，则会造成输同时若比例系数过大，则会造成输出电压竞相上升，可能导致严重事故。出电压竞相上升，可能导致严重事故。若限定电压范围，则若限定电压范围，则当均流电路调节能力达到极限时，电源只能退出均流。当均流电路调节能力达到极限时，电源只能退出均流。11自动选主的主从均流法原理自动选主的主从均流法原理各电源公用一个电压调节器，其输出作为电源的电流给各电源公用一个电压调节器，其输出作为电源的电流给定，每个电源含有电流调节器

11、，由于每个电源的电流给定，每个电源含有电流调节器，由于每个电源的电流给定相同，因此各自输出电流是一样的。实际系统中，每定相同，因此各自输出电流是一样的。实际系统中，每个电源都含有电压调节器，在运行时电压调节器都处于个电源都含有电压调节器，在运行时电压调节器都处于工作状态，其输出通过均流母线仲裁处最大值，对应最工作状态，其输出通过均流母线仲裁处最大值，对应最大值的是主机，其他电源为从机。大值的是主机，其他电源为从机。 v注意注意：均流电路的设计，不仅要使各并联开关电源模块在正均流电路的设计，不仅要使各并联开关电源模块在正常工作情况下能够均流运行，而且应该考虑当本模块发生故常工作情况下能够均流运行

12、，而且应该考虑当本模块发生故障时，不应显著影响其他模块的工作障时，不应显著影响其他模块的工作。12四、保护电路四、保护电路v控制电路应包含保护电路，保护电路包含自身保护控制电路应包含保护电路，保护电路包含自身保护和负载保护两方面的功能。一旦出现故障，立即使和负载保护两方面的功能。一旦出现故障，立即使开关电路停止工作，并以声或光的形式报警，以保开关电路停止工作，并以声或光的形式报警，以保证在任何情况下，自身不损坏，并且不损坏负载。证在任何情况下，自身不损坏，并且不损坏负载。自我保护功能自我保护功能：v输入过电压输入过电压v系统过热系统过热v输入欠电压、过电流输入欠电压、过电流负载保护功能负载保护

13、功能：v输出过电压输出过电压v输出欠电压输出欠电压13v输入过电压、输入欠电压、过热保护电路中，应输入过电压、输入欠电压、过热保护电路中，应采用滞环比较器，以便在故障情况消失后，电源采用滞环比较器，以便在故障情况消失后，电源可以自动恢复工作。可以自动恢复工作。v过电流保护电路应采用锁存器将过电流信号锁存。过电流保护电路应采用锁存器将过电流信号锁存。并且，锁存器应附加复位电路，以便在故障排除并且，锁存器应附加复位电路，以便在故障排除后重新开始工作，或者采用时间较长的延时复位后重新开始工作，或者采用时间较长的延时复位电路，以降低过电流保护的频度。电路，以降低过电流保护的频度。v输出过电压和欠电压通

14、常由电源或负载的严重故输出过电压和欠电压通常由电源或负载的严重故障引起，也应采用锁存器将故障信号锁存，一旦障引起，也应采用锁存器将故障信号锁存，一旦出现，应立即停机报警，等待人工干预。出现，应立即停机报警，等待人工干预。14v典型的过电压保护电路典型的过电压保护电路vR R1 1、R R2 2构成的分压电路作为构成的分压电路作为 输入电压输入电压U Ui i的检测电路，的检测电路，A A 点电压为点电压为U UA A=U=Ui iR R2 2/(R/(R1 1+R+R2 2) )，R R3 3、 R R4 4、 R RP P与比较器与比较器C C1 1构成滞环构成滞环 比较电路，环宽为比较电路

15、，环宽为U UCCCCR R3 3/R/R4 4。 调节调节RPRP可以改变过电压保可以改变过电压保 护的限值。护的限值。v原理原理：UAUA* *R4/(R3+R4)R4/(R3+R4)高于高于U UH H比较器翻转比较器翻转输出电压输出电压U Uo o变为电变为电源电压源电压U UCCCC。( (虚断虚断) )输入电压回落，输入电压回落，UA+R3UA+R3* *(UCC-UH)/R4(UCC-UH)/R4低于低于U UH H比较器再次比较器再次翻转翻转输出电压输出电压U Uo o回到零。（虚短）回到零。（虚短）图（8-2）+ +- -R R1 1R R2 2U Ui iA AR R3 3

16、R R4 4RPRPU Uo oU UccccU UccccU UH HC C1 1GNDGNDGNDGND15v典型的过电流锁存电路典型的过电流锁存电路v电流互感器的一次侧串电流互感器的一次侧串 入主电路中，变压器一次入主电路中，变压器一次 侧支路或开关支路，用侧支路或开关支路，用 以检测电流。以检测电流。R R1 1是电流是电流 互感器二次侧的电流采互感器二次侧的电流采 样电阻，样电阻，u uR R1 1= R= R1 1i iS S/n/n，n n为电流互感器二次绕组与为电流互感器二次绕组与一次绕组的匝数比。一次绕组的匝数比。v原理原理: :主电路电流增大主电路电流增大u uR R1 1

17、= R= R1 1i iS S/n/n增大增大u uR R1 1大于大于U UH H C C1 1输出由低电平变为高电平输出由低电平变为高电平RSRS触发器翻触发器翻转转Q Q变为高电平变为高电平封锁封锁PWMPWM输出输出主电路中开主电路中开关全部关断关全部关断主电路各支路电流为零主电路各支路电流为零保护。保护。复位复位去封锁去封锁PWMPWM输出输出is+ +-SRQ1:n1:n电流电流互感器互感器R1uR1uH图（8-3）C116v一次电流保护后，若要重启电路，则必须在一次电流保护后，若要重启电路，则必须在RSRS触触发器的发器的R R端施加复位信号，使端施加复位信号，使RSRS触发器的

18、输出状态触发器的输出状态重新变为低电平，主电路重新开始工作。重新变为低电平，主电路重新开始工作。17五、PWMPWM控制电路控制电路v作用作用: :将在一定范围内连续变化的控制量将在一定范围内连续变化的控制量( (模拟信模拟信号号) )转换为转换为PWMPWM信号，该信号的开关频率固定，占信号，该信号的开关频率固定，占空比跟随输入信号连续变化空比跟随输入信号连续变化。v常用的集成常用的集成PWMPWM控制器控制器:SG3525:SG3525、TL494TL494和和UC3825UC3825、UC3842/3/4/5/6UC3842/3/4/5/6、UC3875/6/7/8/9UC3875/6/

19、7/8/9等。等。v集成集成PWMPWM控制器控制器电压模式电压模式控制器控制器电流模式电流模式控制器控制器v峰值电流模式峰值电流模式v平均电流模式平均电流模式v电荷模式电荷模式18v开关电源的控制方式开关电源的控制方式电压模式电压模式：电压反馈控制环：电压反馈控制环电流模式电流模式：电压反馈控制外环，电流控制内环：电压反馈控制外环，电流控制内环v电流模式控制方式的基本思想电流模式控制方式的基本思想 ：在输出电压闭环的控制系统中，增加了直接或间在输出电压闭环的控制系统中，增加了直接或间接的电流反馈控制。接的电流反馈控制。v电流控制方式的优点：电流控制方式的优点： （1 1）系统的稳定性增强，稳

20、定域扩大。）系统的稳定性增强，稳定域扩大。 （2 2）系统动态特性改善。输出电压中由输入电压系统动态特性改善。输出电压中由输入电压引入的低频纹波被完全消除。引入的低频纹波被完全消除。 （3 3）具有快速限制电流的能力。采用电流控制模）具有快速限制电流的能力。采用电流控制模式后，电源中可以不必再设置输出短路保护电路。式后，电源中可以不必再设置输出短路保护电路。19v电压控制模式的结构图电压控制模式的结构图+u u* *VRVRPWMPWMu uf fL LC CR RL L+u u* *VRVRPWMPWMu uf fL LC CR RL L+i i* *IRIRi ifkfk电流控制模式的结构

21、图电流控制模式的结构图20v峰值电流模式峰值电流模式v峰值电流模式控制系统的结构图如图峰值电流模式控制系统的结构图如图a，主要的波，主要的波形如图形如图b。(a)(b)+Ui-LS+ +- -R QR QS SiSiRiSiLCLKCLKttttCLK0SiRiRiLiSt0t1000t221v基本原理基本原理开关的开通由开关的开通由CLK信号控制，信号控制，CLK信号每隔一信号每隔一定时间使定时间使RSFF置位，置位，Q=1开关开通开关开通iL上升上升至给定值至给定值iR比较器输出信号翻转比较器输出信号翻转RSFF复复位位,Q=0开关复位。开关复位。v峰值电流模式控制采用电流给定信号与电感电

22、流峰值电流模式控制采用电流给定信号与电感电流直接比较的方法，并含有直接比较的方法，并含有RS触发电路。触发电路。v峰值电流模式优点峰值电流模式优点：控制系统稳定性好、响应速：控制系统稳定性好、响应速度快、实现容易、并能限制电路中的峰值电流，度快、实现容易、并能限制电路中的峰值电流，从而保护器件，因此得到了广泛应用，是目前使从而保护器件，因此得到了广泛应用，是目前使用最为广泛的电流模式控制方法。用最为广泛的电流模式控制方法。22v峰值电流模式的缺点峰值电流模式的缺点：该方法控制的是电感电流的峰值。对很多需要精该方法控制的是电感电流的峰值。对很多需要精确控制电感电流平均值的开关电源来说，是不允确控

23、制电感电流平均值的开关电源来说，是不允许的许的。峰值电流模式控制电路中，将电感电流直接与电峰值电流模式控制电路中，将电感电流直接与电流给定信号比较，但电感电流中通常含有一些开流给定信号比较，但电感电流中通常含有一些开关过程的噪声信号，容易造成比较器的误动作，关过程的噪声信号，容易造成比较器的误动作，使电感电流发生不规则的波动使电感电流发生不规则的波动。v针对这些问题，提出了针对这些问题，提出了平均电流模式控制平均电流模式控制。23v平均电流模式控制平均电流模式控制v平均电流模式控制的原理平均电流模式控制的原理v该模式采用该模式采用PI调节器作为电流调节器，并将调节器调节器作为电流调节器，并将调

24、节器输出的控制量输出的控制量uc与锯齿波信号与锯齿波信号us相比较，得到周期相比较，得到周期固定、占空比变化的固定、占空比变化的PWM信号，用以控制开关的信号，用以控制开关的通与断。通与断。+Ui-S+ +- -+ +- -ususucucLSiL-iRiL+ +- -+ +- -usus24v常见的集成PWM控制器内部电路的典型结构如图图（8-4）+ +- -基准源基准源欠电压保护欠电压保护封锁封锁振荡器振荡器分频器分频器驱动驱动A A驱动驱动B BPWMPWM比较器比较器+ +- -u uc cEAEA2526驱动电路驱动电路：结构通常为推挽结构的跟随电路，：结构通常为推挽结构的跟随电路，

25、用来提供足够的驱动功率，以有效地驱动主电用来提供足够的驱动功率，以有效地驱动主电路的开关器件。路的开关器件。欠电压保护电路欠电压保护电路：对集成对集成PWMPWM控制器的电源实控制器的电源实施监控，一旦电源跌落至阈值以下时，就封锁施监控，一旦电源跌落至阈值以下时，就封锁输出驱动脉冲，以免电源掉电过程中，输出混输出驱动脉冲，以免电源掉电过程中，输出混乱的脉冲信号而造成开关器件的损坏乱的脉冲信号而造成开关器件的损坏。封锁电路封锁电路：由外部信号控制，一旦有外部信号：由外部信号控制，一旦有外部信号出发，立即封锁输出脉冲信号，给外部保护电出发，立即封锁输出脉冲信号，给外部保护电路提供了一个可控的封锁信

26、号。路提供了一个可控的封锁信号。271.UC1842/2842/38421.UC1842/2842/3842v采用采用峰值电流模式控制峰值电流模式控制，专门用于构成，专门用于构成正激型、正激型、反激型等开关电源反激型等开关电源的控制电路。的控制电路。vUC3842UC3842主要性能指标主要性能指标最大电源电压最大电源电压/V :36/V :36驱动输出峰值电流驱动输出峰值电流/mA/mA :1000 :1000最高工作频率最高工作频率/kHz :500/kHz :500基准源电压基准源电压/V :5/V :5基准源温度稳定性基准源温度稳定性/(mV/(mV/):0.2 ):0.2 误差放大器

27、开环增益误差放大器开环增益/dB :90/dB :90误差放大器单位增益带宽误差放大器单位增益带宽/MHz :1/MHz :1误差放大器输入失调电压误差放大器输入失调电压/uA/uA :0.1 :0.1六、常用的集成六、常用的集成PWMPWM控制器介绍控制器介绍28vUC3842UC3842主要性能指标主要性能指标电流放大器增益电流放大器增益/ /倍倍 :3:3电流放大器最大输入差分电压电流放大器最大输入差分电压/V :1/V :1启动电压启动电压/V :16/V :16启动电流启动电流/mA/mA :1 :129封装及管脚图3031vUC3842内部结构如图32vUC3842UC3842各组

28、成部分的原理各组成部分的原理内部包含内部包含5V5V基准源，用于电压调节器的误差放基准源，用于电压调节器的误差放大器和峰值电流比较器等。具有可以提供大器和峰值电流比较器等。具有可以提供1A1A峰峰值电流的驱动电路、电源欠电压保护电路等。值电流的驱动电路、电源欠电压保护电路等。振荡器的振荡频率由外接电阻振荡器的振荡频率由外接电阻R RT T和电容和电容C CT T决定，决定， C CT T也决定死区时间的长短。死区时间、开关频也决定死区时间的长短。死区时间、开关频率同率同R RT T和和C CT T关系如下关系如下驱动电路结构为推挽结构的跟随电路，输出峰驱动电路结构为推挽结构的跟随电路，输出峰值

29、电流可达值电流可达500mA500mA，可直接驱动主电路的开关，可直接驱动主电路的开关器件。器件。TDCt300TTTCRf75. 1f ft t：时钟频率：时钟频率(kHz)(kHz)R RT T：外接电阻：外接电阻(k(k) )C CT T：外接电容：外接电容(uF(uF) )t tD D：死区时间：死区时间(us)(us)33vUC3842UC3842各组成部分的原理各组成部分的原理欠电压保护电路对集成欠电压保护电路对集成PWMPWM控制器的电源实施控制器的电源实施监控监控。v初上电时，当电源电压低于启动电压（初上电时，当电源电压低于启动电压（约约16V16V）时）时封锁封锁PWMPWM

30、信号输出信号输出输出端输出端( (引脚引脚6)6)为低电平。为低电平。v当电源电压大于启动电压当电源电压大于启动电压经过软启动经过软启动 UC3842UC3842内部电路开始工作内部电路开始工作PWMPWM信号输出。信号输出。v若电源电压跌至保护阈值（若电源电压跌至保护阈值（约约10V10V）以下）以下PWMPWM信号被封锁，避免输出混乱脉冲，以信号被封锁，避免输出混乱脉冲，以保护主电路开关器件。保护主电路开关器件。v当电源电压再次大于启动电压当电源电压再次大于启动电压再经软启动再经软启动UC3842UC3842内部电路重新工作内部电路重新工作恢复恢复PWMPWM信号信号输出输出。34v采用采

31、用UC3842UC3842为控制器构成的功率为为控制器构成的功率为27W27W反激型多路反激型多路输出开关电源。输出开关电源。352.SG1525/2525/35252.SG1525/2525/3525vSG3525SG3525主要性能指标主要性能指标最大电源电压最大电源电压/V :40/V :40驱动输出峰值电流驱动输出峰值电流/mA/mA :500 :500最高工作频率最高工作频率/kHz :500/kHz :500基准源电压基准源电压/V :5.1/V :5.1基准源温度稳定性基准源温度稳定性/(mV/(mV/):0.3 ):0.3 误差放大器开环增益误差放大器开环增益/dB :75/d

32、B :75误差放大器单位增益带宽误差放大器单位增益带宽/MHz :2/MHz :2误差放大器输入失调电压误差放大器输入失调电压/mV :2 /mV :2 封锁阈值电压封锁阈值电压/V :0.4/V :0.4启动电压启动电压/V :8/V :8待机电流待机电流/mA/mA :14 :1436封装37管脚38vSG3525内部结构图39vSG3525SG3525各组成部分的原理各组成部分的原理SG3525SG3525采用精度为采用精度为1%1%的的5.1V5.1V带隙基准源，温带隙基准源，温度稳定性较高、噪声等级较低，能提供度稳定性较高、噪声等级较低，能提供1-20mA1-20mA的电流，可作为电

33、路中电压和电流的给定基准。的电流，可作为电路中电压和电流的给定基准。振荡器的振荡频率由外接电阻振荡器的振荡频率由外接电阻R RT T和电容和电容C CT T决定，决定， C CT T也决定死区时间的长短。开关频率同也决定死区时间的长短。开关频率同R RT T和和C CT T关关系如下系如下TDTtCRRf37 . 01ftft：时钟频率：时钟频率(kHz)(kHz)R RT T：外接电阻：外接电阻(k(k) )C CT T：外接电容：外接电容(uF(uF) )R RD D：引脚：引脚6 6、7 7间跨接的电阻值间跨接的电阻值(k(k) )40vSG3525SG3525各组成部分的原理各组成部分

34、的原理SG3525SG3525采用电压模式控制方法采用电压模式控制方法v振荡器输出的时钟信号触发振荡器输出的时钟信号触发RSRS触发器触发器形成形成PWMPWM信号上升沿信号上升沿主电路的开关器件导通。主电路的开关器件导通。vEAEA的输出信号同振荡器输出的三角波信号相的输出信号同振荡器输出的三角波信号相比较比较三角波瞬时值高于三角波瞬时值高于EAEA的输出的输出PWMPWM比比较器翻转较器翻转触发触发RSRS触发器翻转触发器翻转形成形成PWMPWM信信号下降沿号下降沿主电路的开关器件关断。主电路的开关器件关断。vRSRS触发器输出的触发器输出的PWMPWM信号的占空比为信号的占空比为0-10

35、0%0-100%，考虑到死区，最大占空比通常为考虑到死区，最大占空比通常为90%-95%90%-95%。41vSG3525SG3525各组成部分的原理各组成部分的原理T T触发器作用为分频器触发器作用为分频器v将将RSRS触发器的输出分频触发器的输出分频得到占空比为得到占空比为50%50%、频率为振荡器频率频率为振荡器频率1/21/2的方波。的方波。vT T触发器输出的两路互补方波同触发器输出的两路互补方波同RSRS触发器输触发器输出的出的PWMPWM信号相信号相“或或” ” 得到两路互补的占得到两路互补的占空比为空比为0-50%0-50%的的PWMPWM信号。信号。v考虑到死区，最大占空比通

36、常为考虑到死区，最大占空比通常为45%-47.5%45%-47.5%。vPWMPWM信号适用于半桥、全桥、推挽等双端电信号适用于半桥、全桥、推挽等双端电路的控制。路的控制。42vSG3525SG3525各组成部分的原理各组成部分的原理驱动电路结构为推挽结构的跟随电路，输出峰值驱动电路结构为推挽结构的跟随电路，输出峰值电流可达电流可达500mA500mA，可直接驱动主电路的开关器件，可直接驱动主电路的开关器件。欠电压保护电路对集成欠电压保护电路对集成PWMPWM控制器的电源实施监控制器的电源实施监控控。v初上电时，当电源电压低于启动电压（约初上电时，当电源电压低于启动电压（约8V8V）时时封锁封

37、锁PWMPWM信号输出信号输出输出端输出端A A、B B为低电平。为低电平。v当电源电压大于启动电压当电源电压大于启动电压经过软启动经过软启动 SG3525SG3525内部电路开始工作内部电路开始工作PWMPWM信号输出。信号输出。v若电源电压跌至保护阈值（约若电源电压跌至保护阈值（约7V7V）以下）以下PWMPWM信号被封锁，避免输出混乱脉冲，以保护主电信号被封锁，避免输出混乱脉冲，以保护主电路开关器件。路开关器件。v当电源电压再次大于启动电压当电源电压再次大于启动电压再经软启动再经软启动 SG3525SG3525内部电路重新工作内部电路重新工作恢复恢复PWMPWM信号输出。信号输出。43v

38、SG3525SG3525各组成部分的原理各组成部分的原理封锁电路由引脚封锁电路由引脚1010的信号控制，一旦有外部信的信号控制，一旦有外部信号触发，立即封锁输出脉冲信号，给外部保护号触发，立即封锁输出脉冲信号，给外部保护电路提供一个可控的封锁信号。当外部封锁信电路提供一个可控的封锁信号。当外部封锁信号撤销后，号撤销后， SG3525SG3525要再经过一次软启动过程，要再经过一次软启动过程，才重新开始工作。才重新开始工作。44v控制电路以SG3525为核心的推挽型开关电源45v振荡器部分的振荡器部分的R RT T和和C CT T端端( (引脚引脚5 5、6)6)分别对地连接分别对地连接电容和电

39、阻，其取值按下式确定电容和电阻，其取值按下式确定：v在在C CT T端和放电端端和放电端( (引脚引脚5 5、7)7)间跨接放电电阻，通间跨接放电电阻，通常其值为数欧至数百欧。调整放电电阻的大小可常其值为数欧至数百欧。调整放电电阻的大小可以改变死区时间以改变死区时间。v误差放大器通常用作电压调节器，其外围电路通误差放大器通常用作电压调节器，其外围电路通常接成常接成PIDPID电路，以达到较好的稳定性、稳态精度、电路，以达到较好的稳定性、稳态精度、动态性能。动态性能。TDTtCRRf37 . 01463.UC1846/2846/3846v采用峰值电流模式控制，用于半桥型、全桥型、推挽型开关电源的

40、控制。vUC3846主要性能指标最大电源电压/V :40驱动输出峰值电流/mA :500最高工作频率/kHz :500基准源电压/V :5基准源温度稳定性/(mV/):0.4 误差放大器开环增益/dB :105误差放大器单位增益带宽/MHz :1误差放大器输入失调电压/mV :0.5 47vUC3846主要性能指标电流放大器增益/倍 :2.75电流放大器最大输入差分电压/V :1.2限流偏置电压/V :0.5封锁阈值电压/V :0.35启动电压/V :7.7欠电压保护阈值滞环宽度/V :0.75待机电流/mA :1748vUC3846内部结构图如图49vUC3846各组成部分的原理UC3846

41、采用精度为1%的带隙基准源，温度稳定性较高、噪声等级较低，能提供1-10mA的电流，可作为电路中电压和电流的给定基准。振荡器的振荡频率由外接电阻RT和电容CT决定， CT也决定死区时间的长短。死区时间、开关频率同RT和CT关系如下TDCt145TTTCRf2 . 2ft：时钟频率(kHz)RT：外接电阻(k)CT：外接电容(uF)tD：死区时间(us)50vUC3846各组成部分的原理UC3846采用峰值电流模式控制方法。v时钟信号触发RS触发器形成PWM信号上升沿主电路的开关器件导通。v开关器件导通电感电流增长CA输出增长CA输出高于EA的输出比较器翻转触发RS触发器翻转形成PWM信号下降沿

42、主电路的开关器件关断。vRS触发器输出的PWM信号的占空比为0-100%，考虑到死区，最大占空比通常为90%-95%。简单地说，即“开关器件在固定时刻开通，电流瞬时值达到电流给定值时，开关器件关断”。51vUC3846各组成部分的原理T触发器作用为分频器。v将RS触发器的输出分频得到占空比为50%、频率为振荡器频率1/2的方波。vT触发器输出的两路互补方波同RS触发器输出的PWM信号相“或” 得到两路互补的占空比为0-50%的PWM信号。v考虑到死区，最大占空比通常为45%-47.5%。vPWM信号适用于半桥、全桥、推挽等双端电路的控制。驱动电路结构为推挽结构的跟随电路，输出峰值电流可达500

43、mA，可直接驱动主电路的开关器件。52vUC3846各组成部分的原理欠电压保护电路对集成PWM控制器的电源实施监控。v初上电时，当电源电压低于启动电压（约7.7V）时封锁PWM信号输出输出端A、B为低电平。v当电源电压大于启动电压经过软启动 UC3846内部电路开始工作PWM信号输出。v若电源电压跌至保护阈值（约7V）以下PWM信号被封锁，避免输出混乱脉冲，以保护主电路开关器件。v当电源电压再次大于启动电压再经软启动 UC3846内部电路重新工作恢复PWM信号输出。53vUC3846各组成部分的原理封锁电路由引脚16的信号控制，一旦有外部信号触发，立即封锁输出脉冲信号，给外部保护电路提供一个可

44、控的封锁信号。当外部封锁信号撤销后，UC3846要再经过一次软启动过程，才重新开始工作。54v图8-10为一个控制电路以UC3846为核心的推挽型开关电源的原理图55v振荡器部分的RT和CT端(引脚8、9)分别对地连接电容和电阻，其取值按下式确定：v误差放大器通常用作电压调节器，其外围电路通常接成PID电路 (图中采用PI电路)，以达到较好的稳定性、稳态精度、动态性能。TDCt145TTTCRf2 . 2564.UC1875/2875/3875v采用峰值电流模式控制，用于半桥型、全桥型、推挽型开关电源的控制。vUC3875主要性能指标最大电源电压/V :20驱动输出峰值电流/mA :3000最

45、高工作频率/kHz :2000基准源电压/V :5误差放大器开环增益/dB :60误差放大器单位增益带宽/MHz :11误差放大器输入失调电流/uA :0.6启动电压/V :10.75启动电流/mA :0.1557vUC3875内部结构图如图8-1158vUC3875工作时间信号关系如图8-12000000000锯齿波信号(18)同步信号(17)振荡器输出(16)A路输出(14)B路输出(13)A、B间死区C路输出(9)D路输出(8)C、D间死区ttttttttt59vUC3875通过改变外围电路的接法，可以构成电压模式控制电路或峰值电流模式控制电路。v电压模式控制电路的接法将斜率控制引脚18

46、连接到锯齿波输入引脚19，EA的输出信号直接与锯齿波相比较，控制移相角。EA的输出电压越高，越接近0；EA的输出电压越低，越接近180。v峰值电流模式控制电路的接法将电路中的电流反馈连接到锯齿波输入引脚19，此时EA作为电压控制器，EA的输出为峰值电流控制环的给定信号，当电流反馈达到EA输出值时，超前臂换相。60vUC3875构成的典型峰值电流模式控制电路如图8-1361v该电路采用电流互感器构成电流反馈，互感器可以串入移相全桥型主电路中变压器的一次侧，VD9-VD12构成桥式整流电路，将交流的电流反馈信号整流成直流脉动信号。A、B、C、D各路输出引脚直接驱动脉冲变压器，用以驱动全桥电路中的4

47、个开关器件，VD1-VD8用于保护UC3875，防止脉冲变压器的漏感造成过电压而损坏UC3875。628.2 电压模式控制电路的设计v电压模式控制电路的主要内容是电压调节器的结构形式和参数的确定。一、电压调节器结构形式v开关电源通常都要求有较高的输出电压稳压精度，一般要求达到2%以内，较好的电源应该优于0.5%，这样高的稳态精度采用P调节器很难达到，因此，电压调节器的结构形式都采用PI或PID调节器，由于积分环节的存在，理论上，输出电压的稳态误差为零。实际电路中，由于运放零偏、漂移和基准源与反馈电路的误差等问题，实际稳态误差不会为零，但已可以达到较高的精度。63v上述三种调节器的电路形式如图8

48、-14v在电压模式控制中，控制量用来直接控制占空比。v在电流模式控制中，电压调节器的控制量作为电流环的给定信号，用来控制输出电流。图（8-14）ur :电压参考信号，是电压给定uf :电压反馈uc :控制量+-ucR1RufurR2+-ucR1RufurR2C1+-ucR1RufurR2C2C164v这三种调节器的传递函数分别为vPI调节器具有1个零点，而PID调节器具有2个零点。通常电压调节器都采用PI调节器，其结构简单，参数整定比较容易。在某些动态性能要求较高的电源中，可采用PID调节器。v注意：微分环节的引入会导致反馈信号中高频成分被放大，容易受到高频信号的干扰。12RRuuuufrrc sCRsRRsusususufrrc12121 sCRsCRsCRsusususufrrc2122111165二、电压调节器的参数二、电压调节器的参数v若电压调节器采用PI调节器，需确定2个参数：零点1/(R2C1)，一般首先确定增益R2/R1v零点确定后，可以根据Bode图确定增益。确定增益的原则：使相位裕量为3050。LC1确定零点的原则：开关电源电路的传函是二阶振荡环节，其共轭极点由滤波参数决定。这一对共轭极点是开关电路的主导极点，为了较好地补偿这一对极点造成的相位滞后，电压调节器的零点1/(R2C1)应选