前言:
對於傳統的PWM模式控制器,比如UC384X系列,能非常好的應用在反激和正激拓撲的控制上。電流模式固有的逐個週期電流限制和超快的動態響應,是非常優秀的效能。雖然UC384X系列已經蠻老了,不能用在現在追求5&6級能效的專案上。但是有些追求可靠性的領域,還是蠻喜歡用UC384X系列的。話不多說了,下面是參考其內部控制邏輯建立的模擬模型。
第一部分 傳統定頻反激
UC384X的內部邏輯圖:
(圖1 UC384X系列內部邏輯圖)
首先是一個90瓦的CCM反激,其控制邏輯參考UC3842,可見下圖:
(圖2 U固定開關頻率的反激模型)
模型說明:
由V5產生一個固定的置位時鐘,RS觸發器和輸出邏輯參考UC384X。最關鍵的PWM比較器,由一個if語句替代,追求最快的模擬速度。用分壓電阻和限制運放的輸出,控制到PWM比較器的電壓不高於1V。誤差放大器由傳統的TL431替代,光耦用理想的流控電流源替代,於是可以得到模擬的波形:
1、20ms的啟機波形:
(圖3 反激的啟機波形)
展開細節:
V(Vout)是差模電感之前的電壓,紋波較大。
V(G3:1)是負載端的電壓,基本紋波就比較小了。
V(Vdrain)是原邊MOS漏極波形。
V(Vcs)是PWM比較器的電流訊號
V(Vcomp)是PWM比較器的給定訊號
(圖4 反激的幾個關鍵點波形)
做一個0。5A ~4。7A10ms切換一次的動態響應測試:
第二部分 傳統定頻正激
關於50%佔空比的限制,可以參考下圖,將S引腳脈寬設定到半個週期長度,那麼PWM輸出的最大脈寬就被限制住了。
(圖6 UC384X系列的控制時序圖)
模擬原理圖:
(圖7 UC384X控制的雙晶正激模型)
模型說明:
為了加快模擬速度,對於雙管正激MOS的體二極體幾乎不走電流的情況下,就直接用理想開關代替。副邊也直接用二極體做整流橋,同步整流稍微麻煩。輸出用一個壓控電流源來做理想負載,控制邏輯和反激幾乎一樣。
1、 20ms的上電波形
(圖8 正激啟機模擬)
展開細節:
V(Vdrain)是原邊低端MOS的漏極電壓
V(Vout) 是副邊輸出電壓
V(Vcs) 是PWM比較器的電流訊號輸入
V(Vcomp)是PWM比較器的給定訊號
V(D3:3) 是副邊濾波電感的輸入電壓
I(L3) 是副邊濾波電感的電流
(圖9 正激幾個關鍵點波形)
做5 A~40A 10ms一次的切換:
(圖9 正激模型在動態負載切換時的工作)
展開切換時的細節:
分別是加負載時:
(圖10 正激模型在負載增加時)
和減負載時:
第三部分 傳統半橋
傳統PWM控制的半橋和全橋,一般由電壓模式控制,常見的IC有SG3525A,UC3825A。是拿CT上的電壓斜坡和誤差放大器的輸出進行比較,然後得到一個佔空比去控制管子的脈寬。由於要控制半橋和全橋,需要有兩路互補的驅動訊號,而且還要限制住兩路訊號的最大佔空比。
SG3525A的內部邏輯圖如下:由OSC和觸發器發出兩路限制佔空比的互補訊號到NOR門。NOR門預設輸出為高電平,需將關斷PWM的訊號送到NOR門。在SG3525A中分別有下列幾個送到NOR門用來關斷輸出,限制脈寬。
1、 PWM比較器的輸出,誤差放大器的電壓Vcomp高於Vramp後發出高電平到觸發器的S,觸發器發出高電平到NOR門,可以關閉當前輸出。
2、 OSC發出的最大佔空比限制,透過合理的RT和CT控制最大的佔空比。
3、 ULVO IC欠壓保護
4、 SHUTDOWN 過流保護訊號
5、 觸發器發出的兩路互補驅動訊號。
(圖11 SG3525A的控制邏輯圖)
在模擬模型中,為了提高模擬速度,我用可定義的三角波來作為CT上的電壓斜坡。用0。2V和2。5V對斜坡電壓進行比較可得到用來限制佔空比的訊號CLK。在透過觸發器U6得到兩路互補的驅動訊號A和B,分別都送到NOR門。在模擬中,我去掉了欠壓保護的控制,控制驅動的NOR門只有三個條件用來關斷當前的脈寬:
1、A和B互補的驅動。
2、最大佔空比限制CLK。
3、PWM比較的輸出。
過流保護比較器暫時不使用,電壓模式只控制佔空比,動態效能要比電流模式差一點點。
(圖12 電壓模式半橋控制模型)
先來一個0~20ms的啟機波形:
(圖13 電壓模式半橋啟機波形)
展開細節:
V(Vout_ac) 輸出電壓
V(L2:1) 副邊濾波電感上的電壓
I(L2) 副邊電感上的電流紋波
V(C10:2,H1:1) 是變壓器兩端的電壓波形
I(C10) 是隔直電容上的電流
( 圖14 電壓模式半橋啟機波形)
做一個10A~80A的10ms一次的切換:
可以看到這個反饋引數不是很好,動態響應比較糟糕。
( 圖14 電壓模式半橋在動態負載切換時的波形)
繼續展開細節部分:
( 圖15 電壓模式半橋在動態負載切換時的波形)
第四部分 電壓模式全橋部分:
控制模式幾乎和半橋一致,只是用兩路訊號同時驅動對角的兩顆管子,便於模擬就沒有使用隔離驅動的電路,模型可見下圖:
(圖15 電壓模式全橋的控制模型)
0~20ms的上電波形:
(圖16 電壓模式全橋的啟機波形)
展開細節:
I(L2)/10 是副邊濾波電感上的紋波電路,便於觀察除以10倍。
V(VREC)是副邊濾波電感上的電壓
V(U2:1,H1:1)/50 是原邊變壓器兩端的電壓,為了便於觀察除以50倍。
I(C10) 是流過隔直電容的電流。
V(Vout_ac)是輸出電壓(紋波蠻大的)
(圖17 電壓模式全橋的啟機波形)
做一個10A~100A的10ms一次的動態切換:
(圖18 電壓模式全橋的動態負載切換時波形)
展開細節:
(圖19 電壓模式全橋的動態負載切換時波形)
第五部分 電流模式的全橋控制模型模擬:
電流模式只是將原邊電流引入控制,和誤差放大器的比較做比較,當原邊電流達到給定值時,關閉當前週期的脈寬。見控制模型:
(圖20 峰值電流模式全橋的控制模型)
來一個0~20ms上電模擬:
(圖21 峰值電流模式全橋的啟機波形)
展開後的細節:
V(GAIN:OUT)PWM比較器的給定是誤差放大器的輸出。
V(E7:IN+) PWM比較器電流訊號
V(Vout_ac)輸出電壓
V(Vrec) 是副邊濾波電感的電壓
I(L1/10)是副邊濾波電感上的電流,為了便於觀察除以了10。
(圖22 峰值電流模式全橋的啟機波形)
做10A~100A 10ms的切換:
(圖22 峰值電流模式全橋的在動態負載切換時的波形)
展開細節:
(圖23 峰值電流模式全橋的在動態負載切換時的波形)