PWM转换电路的设计与优化

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：R21、R22、VT2、VS5及C14是给IC2在通电启动期间供给电压，VT2、VS5为IC2的7脚提供优良的稳压恒流电能。

PWM转换是开关电源两个转换中的一个重要转换，它对开关电源的输出功率、控制精度、电源效率起着至关重要的作用。

1.UC28600/PWM转换电路

图1-18a是UC28600/PWM转换原理图。它的工作原理是，从输出电压，经R₃₄、R₃₃分压，取出一信号电压与IC₃的基准电压（2.5V）进行比较，其差值点燃IC₄的发光二极管，经光电耦合，进入IC₁₂的2脚。差值信号与片内振荡器的波形叠加调制占空比。电流放大后，由IC₁₂的5脚输出电流调制信号，此信号经VD₈、R₁₀、VT₆所组成快速开关电路，去触发VT₅的栅极，触发信号再次放大去驱动高频变压器TR₂的一次绕组，经变压器电能耦合，再由VD₁₀整流、L₃、C₂₆、C₂₇滤波，直流输出。当输出电压V_o大于设计值时，自然分压采样电压升高，IC₄的发光二极管亮度升高，接收晶体管的电流上升，调制脉宽（占空比D）变窄，变压器耦合电能下降，使输出电压V_o下降。反之亦然，保持输出电压稳定。

电路图上的R₄、R₅、C₉和VD₇组成普通的峰值电压钳位吸收电路。当阻塞二极管VD₇截止时，可将吸收电容C₉上的电荷快速释放掉，从而抑制了振荡电压的产生，提高了电路转换效率。R₃是电源启动降压电阻。VD₅、VD₆、R₉、C₁₂是IC₁₂的供电电路。R₆、R₇为负载检测分压电阻。R₁₄、R₁₆、VD₄从恒流源VT₄分流送入3脚，另外从电压反馈电阻R₁₁取压送到3脚，进行电流检测。R₁₃、R₁₅、VT₄是恒流电路。

2.UC3843A/PWM转换电路

图1-18b是用UC3843A所组成的PWM转换电路。其工作原理如下：桥式整流后的脉动电压V_DH，经C₅滤波后通过上拉电阻R₃、R₄送入IC₁的7脚，作电路通电的启动电压，此电压得到C₆再次滤波和VS₂的稳压后，电压质量是较高的。由R₇、C₇、VD₂组成峰值电压钳位吸收电路，通过这一电路，将转换电压平稳地送到开关驱动MOSFET的漏极，为脉宽调制供给电能。

图1-18 PWM转换电路

图1-18 PWM转换电路（续）

吸收回路电阻R₇、电容C₇的计算：

式中，V_asp是一次绕组的峰值电压，

峰值电流I_PK的计算：I_PK=I_ac/D_min

L_P为高频变压器一次电感，L_P=V_imint_on（max）/I_PK

R₇、C7是吸收回路中的振荡组件，它的时间常数是吸收回路工作周期的5～10倍，则C₇=KT/R₇，C₇的单位为F。

上拉电阻R₃、R₄的计算：

R₃、R₄是芯片UC3843A的降压电阻，供给IC₁的7脚启动电压，根据UC3843A的工作参数进行选定。设最低启动电压为V_Qmin、最低启动电流为，电路使用两只电阻（R₃、R₄）是为了降低电阻的功耗，减少体积。

3.FAN7554/PWM转换电路

图1-18c是由FAN7554所组成的脉宽调制转换电路，电路由C₁₂、R₂₃～R₂₅、VD₁₃组成峰值电压钳位吸收回路。三只电阻R₂₃～R₂₅并联是因为前级为功率因数校正，处于高压输入，VD₁₃是超快速恢复阻塞二极管，它具有反向击穿电压高、恢复时间很快的特点，对峰值电压具有极好地削减、阻尼作用。R₂₁、R₂₂、VT₂、VS₅及C₁₄是给IC₂在通电启动期间供给电压，VT₂、VS₅为IC₂的7脚提供优良的稳压恒流电能。R₁₆、VD₄、C₁₃为IC₂在运行期间提供工作电压。R₁₆是限流电阻，由高频变压器的反馈线提供高频交流电压，交流电压经VD₄整流、C₁₃滤波向7脚供电。C₁₄是高频旁路电容，消除滤波后的高次谐波。R₃₀、VD₆、VT₄是VT₃的快速开关电路。为泄放开关管VT₃的漏-源极间电荷，电路加了C₁₅，也为保护开关管、降低热耗起一定的作用。R₃₅是IC₂的3脚峰值电流取压电阻，为同相输入的端电压进行过电流检测。R₃₆是电压负反馈检测电阻，它与R₃₅一起，对电路进行过载保护。R₃₅也称采压电阻，阻值越小，流进漏极的电流越大。

高频变压器的二次绕组将一次电能耦合到电源输出。C₂₂、R₃₆抑制VD₇上的高频电压，VD₇为肖特基整流二极管，二次电压通过C₂₃～C₂₆、L₅整流滤波、VS₁稳压输出。R₃₈是PC₁的限流电阻，，式中，V_REF为基准电压，V_DF为发光二极管压降，I_F为光耦合器的工作电流。R₄₀、R₄₁为输出电压分压采样电阻。R₃₉、C₂₇是误差放大器瞬态响应元件，C₂₇为降低瞬态放大倍数。R₃₇是调节光电输出阻尼电阻，防止输出轻载时电流跳动，起着限压稳流作用。

4.LM5021/PWM转换电路

图1-18d是具有启动电流小、功耗小、电流控制模式响应速度快的脉宽调制控制电路。电路工作原理基本跟上述电路相同。取样电压信号从IC₁的1脚输入片内，再经3∶1的电阻分压，然后进入PWM比较器反相输入端，电流斜坡信号输入比较器的同相输入端，PWM比较器比较这两路信号后，再输出脉宽调制信号，同时通过逻辑控制及或门输出关断信号。时钟脉冲驱动触发器置位后再输出导通信号，从而完成脉宽调制功能，这就是双脉冲调制逻辑电路。这种电路的特点是，在一个时钟周期内，脉宽调制器只能输出一个脉宽调制信号。它是随着误差控制输入信号的大小来改变占空比信号的宽窄。当误差控制信号输入为零时，控制器输出占空比也为零。VT₂、VT₃、R₅、R₆是图腾柱快速开关电路。电阻R₁₂是外设时钟振荡频率电阻。C₈是软启动电容，它将决定软启动时间和启动时的工作频率。

LM5021具有超低电流（250μA）启动功能，它运行在电流控制模式，在空载或轻载时，IC₁自动进入跳跃周期，将脉宽控制信号从1脚反向输入，经R₁₃限幅，C₉、C₁₀高频旁路。反向信号在IC₁里面进行PWM调制，开关管的源极电流反馈经R₇限流取压，正向流入IC₁的6脚进行电流比较。若6脚输入电压超过0.6V时，开关管输出电能降低，进行逐个周期限流，起到过电流保护作用。

PWM转换电路的设计与优化

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