UC3846间接电流型控制的分析

沈丹 发表于 2018-01-26 13:50:03 收藏 已收藏
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UC3846间接电流型控制的分析

沈丹 发表于 2018-01-26 13:50:03

1、引言

电流型控制模式是一种性能优良的控制技术,与传统的电压型控制相比有许多优点。该控制比传统的峰值和平均值电流型控制在噪声敏感和动态范围方面有显著的优势;在线性调整和宽负载范围调整方面减少了控制的复杂性,解决了系统静态精度与稳定性之间的矛盾,使系统具有动态响应快和静态精度高的特点。电压积分间接电流型控制将会越来越多地为广大用户和厂商所采纳。

2、间接电流型控制技术

传统的电流型控制通常基于采样电感电流,而间接电流型控制无需通过电阻或霍尔元件采样电流,而是通过对电感的电压积分重构电感电流,实现电流的间接取样。这样,不仅可以避免因采样电阻产生损耗和杂波信号过大而使电路发生紊乱,而且无需采用互感器,使电流型控制方案的实现更加简单。更重要的是,由于引入的电压积分反馈能跟随输入电压与输出电压的变化而变化,从而使系统的性能具有明显的优点。

图1以Boost变换器为例,给出了间接电流型控制Boost型变换器原理图。这里,设定Boost电路工作在连续状态下。

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图1  间接电流型控制Boost型变换器

图中uL—升压电感L次级线圈两端交变的电压(为便于分析,设初、次级线圈匝比N=1)

当开关管VQ导通和截止时,uL分别为Ui和Ui-Uo。输出给积分器得到的三角波为:

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由式(1)、式(2)可知,us与iL‘成比例,且变化规律一致,因此实际上它可以表征iL。us的上升和下降斜率还与输入电压和输出电压有关,当输入电压或输出电压变化时,将直接引起us斜率的变化,使驱动脉冲信号的关断时刻发生变化,从而起到调节占空比D的作用。图2示出间接电流型控制的占空比调节。

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图2  间接电流型控制占空比调节

以上介绍了通过uL的积分重构iL的方法。同样,该方法可推演到带隔离变压器的变换器电路拓扑中,利用变压器初级绕组获得交变的脉冲波,积分后仍然能得到三角波,从而实现iL的取样。图3示出间接电流型控制的推挽正激式电路原理图,及其绕组电压积分原理波形。

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图3  间接电流型控制的推挽正激式电路及其绕组电压积分原理波形

需要指出的是,间接电流型控制技术与单周期控制技术在控制策略上有相似之处,但存在本质的区别。单周期控制的关键技术在于采用了带复位开关的积分器,而间接电流型控制也是利用积分器,但积分器的输入不是取自电感一侧的电压,而是其两侧的电压,通常为交变的脉冲波,而输出是三角波,因而不需积分器的复位。此外,间接电流型控制技术在电路拓扑的适用性方面比单周期控制技术要广,它可适用于任何形式的DC/DC变换器。但两者的优点是相同的,即对Ui的扰动、Uo处负载的扰动均有抑制能力,可以确保Uo的平均值恒定,其动态性能均优于电压型、峰值电流型控制技术。

3、基于UC3846的间接电流型控制

UC3846是近年来发展起来的性能优良、功能完善的电流型PWM控制芯片,但由于受功率主电路的分布参数、输出整流二极管的反向恢复特性和开关管的驱动信号等影响,电流型控制PWM芯片会在开关管的开通时刻出现较大的前沿噪声信号。此外,当UC3846的电流检测放大器有输出时,PWM驱动波形的关断时刻取决于电流峰值出现的时刻。因此,要处理好PWM载波信号,亦即电压积分后的波形与时钟信号的同步问题。因此,需从推挽正激式电路的变压器初级两个绕组同时取电压积分,先做差分放大,然后再积分,两路积分波形经全波整流电路,通过同相加法器,最后得到与时钟信号同频的梯形波信号。该梯形波信号不仅与时钟信号即斜坡信号VCT同频,而且与实际的iL波形同时到达峰值。图4示出两路积分波形的整流输出波形。

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图4  两路积分波形的整流输出波形

采用上述方式可以消除前沿噪声。当开关管开通时,积分器开始计算,三角波从负压开始上升,不会出现前沿噪声问题,提高了抗噪声性能,与实际的iL完全一致,因而可以作为PWM的载波信号。

该方式对Ui的变化实质上起到了前馈控制的作用,所以它比一般的PWM具有更快的瞬态响应和更高的稳定性。

4、设计实例

本文采用推挽正激式电路。Ui=18~32V,Uo=190V,开关频率fs=80kHz,输出功率Po=1kW。图5给出实验波形。

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图5  采样电阻电流iR和积分整流叠加电压usr实验波形

通道1探头有10倍的衰减,因而每格电压幅值是图中所示每格电压数的10倍。

5、结论

采用电压积分的间接电流型控制比传统峰值和平均电流型控制技术在噪声敏感性和动态范围上有显著的优势。这种方法支持线性调整和宽负载范围调整并减少了控制的复杂性,解决了系统静态精度与稳定度之间的矛盾,使系统具有快速的动态响应和高的静态精度。

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