高频开关电源控制方案设计

    1  电压电流双环控制

    为了实现输出电压电流均可控，通常采用电流模式控制，常用电流模式控制有峰值电流控制法和平均电流控制法。但是，峰值电流控制有以下几个缺点[1]：

    ① 占空比大于50%的开环不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差；

    ② 闭环响应不如平均电流模式控制理想；

    ③ 容易发生次谐波振荡，即使占空比小于50%，也有发生高频次谐波振荡的可能性。因而需要斜坡补偿；

    ④ 对噪声敏感，抗噪声性差。因为电感处于连续储能电流状态，与控制电压编程决定的电流电平相比较，开关器件的电流信号上斜坡通常较小，电流信号上的较小噪声很容易使开关器件改变关断时刻，使系统进入次谐波振荡。

    2  平均电流模式控制PWM 

    平均电流模式采用双闭环控制，其内环控制输出滤波电感电流，外环控制输出电压，提高了系统响应速度。图1为平均电流模式控制PWM的原理图。

图1  平均电流模式控制原理图

    将误差电压信号Ue接至电流误差信号放大器的同相端，作为输出电感电流反馈的控制信号Uip。将带有锯齿纹波状分量的输出电感电流反馈信号Ui ，接至电流误差信号放大器的反相端，跟踪电流控制信号Uip。Ui与Uip的差值经过电流误差放大器放大后，得到平均电流跟踪误差信号UC。再由UC与三角锯齿波信号通过比较器比较得到PWM控制信号。UC的波形与电流波形Ui反相，所以，是由UC的下斜坡（对应于开关器件导通时期）与三角波的上斜坡比较产生控制信号。显然，这就无形中增加了一定的斜坡补偿。但为了稳定工作，要求电感电流的下降坡度不能大于晶振的坡度。

    4 控制电路实现

    采用集成芯片UC3525外加运放构成平均电流模式控制电路，并用单片UC3535外加逻辑电路的方式形成有限双极性控制的4路控制信号。如图6所示。

    （1）   外环控制

    电压给定信号与输出电压反馈信号经运放U1补偿比较得Ue，接到UC3525的内部误差放大器正相输入端：2脚作为反馈电流的控制信号Uip。当输出电流超过给定限流值时，D11导通，Uip被嵌在给定限流值上。

    （2）   内环控制

    采样电阻检测输出电流并通过电流检测放大器得电流反馈信号。接到UC3525的内部误差放大器反相输入端的1脚，与Uip进行比较。UC3525的9脚为反馈补偿端。

    （3）   有限双极性控制

    UC3525的4脚为同步信号输出，该信号作为D触发器U3的时钟信号，U3的Q端(1脚)和 端(2脚)既可得到占空比为50％相位相差180°的两组脉冲，Q11、Q12用于控制死区时间。

图6  单片UC3525构成有限双极性控制原理图

   5 结论

    通过以上设计，对高频开关电源控制的一些关键问题得到了基本解决办法，高频开关电源控制电路的实现，使发电厂及变电站大容量直流系统能够更加可靠的运行。

    参考文献

    [1] 林渭勋.现代电力电子电路.浙江大学出版社.2004

    [2] 高海生，张前彬等.110V大功率高频开关电源的研制.华东交通大学学报.2004（10）：1-4

    [3]姜桂宾，裴云庆等.12V/5000A大功率软开关电源的设计.电工电能新技术.2003(1):56-60

    [4] 陆鸣，杨恒等.自动均流技术及负载均流集成电路控制器UC3907.电子技术.1996（10）：27-30

    [5] 张胜辉，郭海军等.并联均流高频开关电源的研究.国外电子元器件.2004（11）：20-22■