开关电源-控制电路的设计

16
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
10
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。
14
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。
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
1
§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。
2
§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）
3
一、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。
9
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。
11
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
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。
4
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。
17
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。
12
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。
7
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
6
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。
去封锁 PWM输出 PWM输出 Nhomakorabea15
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。