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開關電源被譽為高效節能電源，它代表著穩壓電源的發展方向。開關電源(Switched Mode Power Supply，SMPS)是一種由占空比控制的開關電路構成的電能變換裝置。開關電源的核心為電力電子開關電路，根據負載對電源提出的輸出電壓或穩流特性的要求，利用反饋控制電路，采用占空比控制的方法，對開關電路進行控制。隨著控制技術和元器件技術的不斷發展，開關電源的各方面的性能都在不斷提高，容量也在不斷擴大。 控制和保護電路主要處理信號，屬于“弱電”電路，但它控制著主電路中的開關器件，一旦出現失誤，將造成嚴重的后果，使電源停止工作或損壞。電源的很多指標，如穩壓穩流精度、紋波、輸出特性等也與控制電路相關。因此，控制電路的設計質量對電源的性能至關重要。本文介紹了集成脈沖寬度調制方式(PWM)控制器(MB3759)的構成與原理，詳細分析了以MB3759控制器構成的開關電源的控制電路、驅動電路和保護電路，對開關電源的設計具有一定的價值。 1 集成PWM控制器(MB3759)的構成與原理 1．1 PWM控制器(MB3759)的構成 PWM控制電路的作用是將在一定范圍內連續變化的模擬量信號轉換為開關頻率固定、占空比跟隨輸入信號連續變化的PWM信號。開關電源PWM控制集成芯片采用型號為MB3759(FUJITSU公司)，采用固定頻率的PWM控制方式，其MB3759芯片內部結構框圖如圖l所示，內部電路主要由高頻振蕩器、PWM比較器、基準電壓源、誤差電壓放大器、驅動電路和封鎖電路等組成�？刂菩酒瑑炔坑�2個電壓比較器，管腳1、2和15、16是電壓比較器正負輸入端子，管腳3是電壓比較器統一輸出端。同時誤差放大器的輸出也可開放給用戶，用戶可以根據需要設計成PI控制器。管腳5、6可接振蕩電容和電阻，振蕩器的振動頻率由外接電阻和電容決定，根據電路頻率而調節容值和阻值。管腳8為觸發脈沖輸出口，采用電流圖騰輸出，使得芯片可以直接驅動功率不大的開關管。T觸發器的作用是將輸出進行分頻，得到占空比為50％的頻率為振蕩器頻率的l／2的方波，將T觸發器輸出的這樣兩路互補的方波同比較器輸出PWM信號進行“或非”運算，就可以得到兩路互補的占空比為O～50％的PWM信號，考慮死區時間的存在，最大占空比通常為45％～47．5％。管腳13為封鎖控制，管腳14為參考電壓，管腳12為工作電壓，管腳4為死區控制端，一旦高電平輸入，芯片輸出脈沖被封鎖，直流電壓輸出為零。 1．2 PWM控制器(MB3759)的工作原理 PWM控制器(MB3759)的反饋通道由電壓誤差放大器EA、PWM比較器和鎖存器及驅動電路組成。管腳1作為直流輸出電壓的反饋信號，管腳2與芯片輸出的參考電壓相連，作為誤差放大器的參考輸入，管腳3輸入主電路的電壓反饋。 受時鐘脈沖觸發，功率管開通，電感(功率管)電流上升到由EA輸出決定的門限值時，PWM比較器翻轉，鎖存器復位，驅動脈沖關斷功率管，電感電流下降，直到下一個時鐘脈沖到來，鎖存器置位，開關管重新開通。輸入電壓變化時，電感電流的上升斜率變化，輸出占空比改變以抑制輸入電壓的變化，這是一個前饋調節過程，響應極快；負載擾動則是通過EA改變電流門限值進行調節的。MB3759芯片外圍電路如圖2所示。 2 電路分析 2．1 驅動電路 驅動電路是控制電路與主電路的接口，同開關電源的可靠性、效率等性能密切相關。驅動電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅動功率，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲能力。 驅動信號施加在開關器件的柵極一源極(MOSFET)間，在全橋電路中，不同開關器件的源極問的電位差很大，而且在高速變化，因此，驅動電路還要具備隔離功能。該開關電源采用變壓器隔離驅動電路，如圖3所示，該電路結構簡單、成本低，隔離電壓能達到很高，傳輸延時很小，而且無需附加電源。 2．2 保護電路 為使單片開關電源長期穩定、安全可靠地工作，其控制電路中應包含保護電路，避免因電路出現故障、使用不當或環境條件發生變化而損壞開關電源。該開關電源保護電路主要包括輸出過電壓、輸出欠電壓和過流保護。 開關電源內部控制電壓是由S2與T3等元器件組成輔助開關電源供給，T3副邊有二組線圈，一組通過D16、C30等元件整流濾波輸出控制電壓(VCC)，一組通過D17、C32等元件整流濾波作為欠電壓檢測信號。 開關電源的輸出過電壓、輸出欠電壓保護電路的構成如圖4所示，該開關電源保護電路工作原理：欠壓保護電路由17902／2和17902／4等元器件組成，過壓保護電路由S103、D14等元器件組成，由17902／l和1790l／1等元器件組成過電流保護回路。欠壓、過壓、過電流故障信號通過D103等元件控制PWM芯片死區時間管腳4達到保護目的，從而芯片停止工作，無法正常輸出脈沖，電壓輸出為零。開關電源的保護電路的作用是一旦出現輸出過電壓、輸出欠電壓等非正常使用的情況，立即使開關電路停止工作。 3 電源性能測試 3．1 電壓調整率 輸入電網電壓由額定值AC 110V變化±10％時，穩壓電源輸出電壓24V波動率為0．8％，達到C級的要求。 3．2 負載調整率 在額定電網電壓下，當輸出電壓24V負載電流在O～3．9A之間波動的電源輸出值，24V波動率為3．3％。 3．3 紋波電壓 在額定輸出電壓和負載電流下，輸出電壓的紋波(包括噪聲)的峰一峰值為1．4％， 4 結語 目前，開關電源領域的各項新技術正引起普遍關注，各種技術不斷涌現。該開關電源盡量采用在工業環境下具有高可靠性的常用集成電路及功率模塊，利用反饋控制電路，采用占空比控制的方法，實現對開關電路進行控制。開關電源的這一技術特點使其具有體積小、重量輕、抗干擾性能強，輸出電壓穩定，電壓動態響應快，性價比高，使用方便等優點。 |
