开关电源-控制电路的设计

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最大电流自动均流法原理 均流母线电压正比于输出电流最大的电源的电流, 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。 各电源调节自身电流方法: 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。 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, 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。 分得更多的负载电流。 缺点:通过调节电压给定来调节输出电流, 缺点: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;同时若比例系数过大, 的波动,影响稳压精度;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。若限定电压范围, 出电压竞相上升,可能导致严重事故。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。
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并联冗余运行 N+M个电源并联工作,每个电源的功率为 个电源并联工作, 个电源并联工作 负载最大功率的1/N。运行时,每个电源平 负载最大功率的 。运行时, 均承担负载功率。 均承担负载功率。 特点:发生故障的电源数量小于等于M时 特点:发生故障的电源数量小于等于 时, 电源系统仍能提供负载所需的全部功率。 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。 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。 为了达到可靠性目的, 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。
二、调节器电路
调节器的作用是将给定量和反馈量进行比较和运 得到控制量。调节器的核心是运算放大器。 算,得到控制量。调节器的核心是运算放大器。
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三、并机均流电路
开关电源经常需要并机组成系统运行, 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。 根据各种负载对供电可靠性要求的不同, 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 采用单一电源向负载供电。 采用单一电源向负载供电。 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。
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输入过电压、输入欠电压、过热保护电路中, 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, 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。 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, 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, 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。 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, 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。
第8章 控制电路的设计 章
§引言 §8.1 控制电路结构和主要组成部分的原理 §8.2 电压模式控制电路的设计 §8.3 峰值电流模式控制电路的设计 §8.4 平均电流模式控制电路的设计
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§引言
开关电源的主电路主要处理电能, 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“弱电”电路, 要处理电信号,属于“弱电”电路,它控制着主 电路开关器件的工作。电源的很多指标, 电路开关器件的工作。电源的很多指标,如稳压 稳流精度、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, 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。 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, 确定还需要通过试验来得到。 确定还需要通过试验来得到。
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。 它反映了电源等效内阻的大小。人为增大各电源等效内 并保证一定的一致性。 阻,并保证一定的一致性。)
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主从方式均流(主控制器稳压, 主从方式均流(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0.5%。缺点是主控制器一旦损 运行,均流精度高,可达 。 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 并机电缆或称均流总线来传递均流信号, 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。) 最大电流自动均流法 自动选主的主从均流法等
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并机均流控制的原理
并联运行 N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, 个电源并联构成的电源系统向负载供电 个电源的功率为负载所需功率的1/N。 个电源的功率为负载所需功率的 。 特点:每个电源发生故障时,供电不中断, 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, 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。
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自动选主的主从均流法原理 各电源公用一个电压调节器, 各电源公用一个电压调节器,其输出作为电源的电流给 每个电源含有电流调节器, 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, 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, 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, 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。 注意:均流电路的设计, 注意: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, 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 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。
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五、PWM控制电路 PWM控制电路 PWM
作用:将在一定范围内连续变化的控制量( 作用:将在一定范围内连续变化的控制量(模拟信 转换为PWM信号,该信号的开关频率固定, PWM信号 号)转换为PWM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。 常用的集成PWM控制器:SG3525 TL494和UC3825、 PWM控制器:SG3525、 常用的集成PWM控制器:SG3525、TL494和UC3825、 UC3842/3/4/5/6、UC3875/6/7/8/9等 UC3842/3/4/5/6、UC3875/6/7/8/9等。 集成PWM PWM控制器 集成PWM控制器 电压模式控制器 电压模式控制器 电流模式控制器 电流模式控制器 峰值电流模式 平均电流模式 电荷模式
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典型的过电压保护电路 R1、R2构成的分压电路作为 输入电压U 的检测电路, 输入电压Ui的检测电路,A R4 R1 Ucc 点电压为U 点电压为UA=UiR2/(R1+R2),R3、 Ui R3 A + Uo 与比较器C R4、 RP与比较器C1构成滞环 Ucc R2 - C1 比较电路,环宽为UCCR3/R4。 比较电路,环宽为U RP UH 调节RP RP可以改变过电压保 GND 调节RP可以改变过电压保 GND 护的限值。 护的限值。 图(8-2) 原理: 原理: UA*R4/(R3+R4)高于 高于U 比较器翻转 输出电压U 比较器翻转→输出电压 UA*R4/(R3+R4)高于UH→比较器翻转 输出电压Uo变为电 源电压U 虚断) 源电压UCC。(虚断) 输入电压回落,UA+R3*(UCC-UH)/R4低于 低于U 比较器再次 输入电压回落,UA+R3*(UCC-UH)/R4低于UH→比较器再次 翻转→输出电压 回到零。(虚短) 输出电压U 。(虚短 翻转 输出电压Uo回到零。(虚短)
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开关电源的控制方式 电压模式: 电压模式:电压反馈控制环 电流模式:电压反馈控制外环, 电流模式:电压反馈控制外环,电流控制内环 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, 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。 电流控制方式的优点: 电流控制方式的优点: 系统的稳定性增强,稳定域扩大。 (1)系统的稳定性增强,稳定域扩大。 (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。 引入的低频纹波被完全消除。 引入的低频纹波被完全消除。 具有快速限制电流的能力。 (3)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。
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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, 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。 为了补偿这种分散性,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。 并且电压调节器误差信号都等于零。必须采取控制 措施—设置均流电路 设置均流电路。 措施 设置均流电路。 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
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四、保护电路
控制电路应包含保护电路, 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, 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, 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: 输入过电压 系统过热 输入欠电压、 输入欠电压、过电流 负载保护功能: 负载保护功能: 输出过电压 输出欠电压
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典型的过电流锁存电路 uR1 电流互感器的一次侧串 + C1 R1 uH 入主电路中, 入主电路中,变压器一次 is 1:n S 侧支路或开关支路, 侧支路或开关支路,用 电流 Q 互感器 R 以检测电流。 以检测电流。R1是电流 复位 图(8-3) 互感器二次侧的电流采 样电阻, /n, 样电阻,uR1= R1iS/n,n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。 原理: 原理: 主电路电流增大→uR1= R1iS/n增大→uR1大于UH 主电路电流增大→ /n增大→ 大于U 增大 输出由低电平变为高电平→RS触发器翻 → C1→输出由低电平变为高电平→RS触发器翻 变为高电平→封锁PWM输出→ PWM输出 转→Q变为高电平→封锁PWM输出→主电路中开 关全部关断→主电路各支路电流为零→保护。 关全部关断→主电路各支路电流为零→保护。
去封锁 PWM输出 PWM输出
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一次电流保护后,若要重启电路,则必须在RS RS触 一次电流保护后,若要重启电路,则必须在RS触 发器的R端施加复位信号, RS触发器的输出状态 发器的R端施加复位信号,使RS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。
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§8.1 控制电路结构和主要组成部分的原理
控制电路的结构
反馈 uf if 调节器 u* i* 基准源 并机均流 连接并机线 PWM 驱动 去主电路
封锁信号
保护
电压/电流 温度 电压 电流/温度 电流
图(8-1)
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一百度文库驱动电路
驱动电路是控制电路与主电路的接口, 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。 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, 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。
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