原创 开关电源的PWN-PFM控制电路

2008-6-20 16:26 1332 0 分类: 工程师职场
1.引言

开关电源由于在体积、重量、效率和可靠性等多多方面的优势,目前在计算机、通信、家用电器、雷达、空间技术等众多领域中已完全取代了传统的线性稳压电源。开关电源的控制技术主要有三种:(1)脉冲宽度调制(PWM);(2)脉冲频率调制(PPN);(3)脉冲宽度频率调制(PWN-PFH).其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式,它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式,现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片,如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;PFM具有静态功耗小的优点,但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式,具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;PWM-PFM兼有PWM和PFM的优点,但目前市场上没有具有PWM-PFM功能的单片集成芯片出售从而限制它的应用。


本文介绍了一种采用PWM-PFM控制的开关电源,对其中的控制电路--PWM-PFM电路的原理进行了较详细的分析,该控制电路元件数量少、实现简便。


2.开关电源及其PWH-PFH控制电路介绍


本开关电源的输入为三相交流电,输入电压范围为320~575V,频率为45~65Hz,输出规格为24V/10A,重量仅约1.4Kg。开关电源的主电路拓扑为双晶体管反激变换式,通过采用两支开关管串联来降低对大功率MOS场效应管的关断电压的要求。


PWM-PFM控制电路由三片数字芯片(4011、4066、40106)和少量电阻、电容、二极管、三极管组成,电路图见图1.其中,4011为二输入的四与非门,4066为四双向模拟开关,40106为六施密特触发器。


3.原理分析


如电路图所示,它有四个输入端,信号分别来自光耦1输出端、光耦2输出端、整流后的高压直流端、以及与开关变压器耦合,一个输出端以驱动大功率MOS场效应管。电路的核心部分是由两个与非门(IN3a/IN3b/OUT3和IN4a/IN4b/OUT4)构成的RS触发器。触发器有两个输入端:40ll第9脚(IN3b)和第12脚(IN4a);两个输出端401l第10脚(OUT3)和第11脚(OUT4)。输出端OUT4的信号传送到五个并联的施密特触发器(I1/O1、I2/O2、I3/O3、I4/O4和I5/O5)。施密特触发器的作用是整定与非门的输出波形,防止电路的误动作。采用五个施密特触发器并联的冗余设计提高了电路的电流驱动能力,增强了整个电路的可靠性。整形后的波形经两个互补三极管构成的图腾柱驱动大功率MOS场效应管,控制主回路的导通和关断。输入端IN3b为导通时间Ton控制端,输入端IN4a为关断时间Toff控制端,两个输入端都是低电平有效。当输入端IN4a为低电平时触发与非门4使输出端OUT4为高电子,经施密特触发器后关断开关管;当输入端IN3b为低电平时触发与非门3使输出端OUT3为高电平,输出端OUT4为低电子,OUT4低电平经施密特触发器后为高电平,使开关管导通。OUT3高电平使模拟开关1(IN1/OUTl/CONTROLl)导通,线圈Ll的电流经D5和R17到地,防止线圈L1磁饱和。


启动时,线圈Ll无电流,对地为低电平,经与非门1(INla/IN1b/OUTl)和与非门2(IN2a/IN2b/OUT2)后仍为低电平,即输入端IN3b为低电平,经RS触发器和施密特触发器后使开关管导通,开关电源有输出,输出电压经比较、放大后的反馈信号经光耦2隔离,通过R16、R17、R18、C5、C6、T4、R15送到IN4a,使开关管关断,PWM-PFM控制电路起振。



正常工作时,线圈L1耦合开关变压器的信号(即开关管的信号)经与非门l和与非门2后至IN3b,控制开关管的导通时间Ton,从开关电源的输出的反馈信号经光耦2隔离,通过R16、R17、R18、C5、C6、T4、R15送到IN4a,控制开关管的关断时间Toff。若负载和输入电压不变,开关管按RS触发器的电路常数所决定的宽度和频率周而复始的导通和截止,维持输出电压不变。若负载或输入电压有变化,线圈Ll和光耦2反馈的信号同时变化,使导通时间Ton和关断时间Toff同时变化,即控制脉冲的宽度和频率同时变化,实现了PWM-PFM控制。


光耦l为输出过压保护,当开关电源输出正常时,光耦1输出为高电平,经施密特触发器后为低电平,模拟开关3(IN3/OUT3/CONTROL3)不导通,OUT3不起作用;当开关电源输出过压时,光耦1输出为低电平,经施密特触发器后为高电平,使CONTROL3为高电平,模拟开关3导通,OUT3端接地,IN4a端为低电平,开关管关断。


整流后的高压直流端为输入过压保护。当交流输入电压正常时,T1管饱和导通,CONTROL4为低电平,模拟开关4(IN4/0UT4/CONTROL4)不导通,OUT4不起作用;交流输入电压过高时,Tl管截止,CONTROL4为高电平,模拟开关4导通,OUT4接地,IN4a端输出为低电平,开关管关断。


4.结束语


控制电路是开关电源的核心部分,采用合适的控制电路可简化开关电源的设计,并使之具有优异的性能。采用该PWM-PFM控制电路组成的开关电源,由于输出电压纹波非常小(仅有几十毫伏)、交流输入电压范围大(能在320V~575V范围内正常工作)、开关频率高(工作时频率在100~300KHz之间变化)、占空比变化小(从15%至35%)、满载时效率高(能达到90%以上),广泛应用于工业电器控制柜、自动电梯等电源环境比较恶劣的场所。对采用硬开关技术的开关电源而言,该PWM-PFM控制电路具有良好的性能,同时实测也表明,当负载变化较快时,开关电源的输出电压的稳定性下降,因而,该电路不适用于负载变化较剧烈的场合。

广告

文章评论 0条评论)

登录后参与讨论
相关推荐阅读
qiurisiyu 2009-03-13 14:08
卤水点豆腐的秘密
豆腐是我们的最常吃的家常菜之一,但是知道豆腐是怎么做成的不?如果你注意一下豆腐坊里做豆腐的情形,就会发现:人们总是用水把黄豆浸胀,磨成豆浆,煮沸,然后进行点卤——往豆浆里加入盐卤。这时,就有许多白花花...
qiurisiyu 2009-03-12 14:34
我们的脸上有多少化学成份呢!
美白、保湿、抗皱、紧肤、去斑、抗氧化、防晒、收毛孔……各式其样的护肤化妆品,总会给你一个美丽的承诺,究竟这些承诺,有多少能够兑现?精致的包装瓶里面,卖的又是什么药?难道真的是神仙水,可以化腐朽为神奇?...
qiurisiyu 2009-03-09 14:49
关于次氯酸钠的小知识
大家是否对次氯酸钠不太了解呢,下面我就介绍下关于次氯酸钠的小知识1 %~6%的次氯酸钠水溶液为漂白液。也可制成片剂和粉剂,分别称为消毒片和漂白粉。用于物品的漂白和水净化。 紧急处理:尽快给患者饮牛奶或...
qiurisiyu 2009-03-06 14:01
聚葡萄糖及其功效
聚葡萄糖(Polydextrose),是一种水溶性膳食纤维。与不溶性膳食纤维相比,聚葡萄糖有更多的保健功能和加工优势。聚葡萄糖因其具有低热量、稳定、极高耐受性等的特性,可广泛应用于各种食品中,尤其是低...
qiurisiyu 2009-03-04 14:18
哪位爱美之人知道镜子是怎么生产的?
爱美是人的天性,更是女人的天性,几乎有女人的地方就有镜子。 大家有谁知道镜子是怎么生产的?我就简单介绍下生产过程,就是在热玻璃的带上沉积涂层,涂层就是包括一个反射层和至少两个反射增强层,其中镜子具有反...
qiurisiyu 2009-03-03 14:08
教你如何选择适合的醋
    日常用的醋是一种含醋酸(Transsylvanoside H)的酸性调味料,每100毫升普通醋中的醋酸含量为3.5克以上,优级醋为5克以上。从品种上来说,有米醋、陈醋、香醋、白醋、各种果汁醋、...
广告
我要评论
0
0
广告
关闭 热点推荐上一条 /3 下一条