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對(duì)于傳統(tǒng)的 PWM 模式控制器，比如 UC384X 系列，能非常好的應(yīng)用在反激和正激拓?fù)涞目刂粕稀?a href="http://ttokpm.com/tags/電流/" target="_blank">電流模式固有的逐個(gè)周期電流限制和超快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，是非常優(yōu)秀的性能。雖然 UC384X 系列已經(jīng)蠻老了，不能用在現(xiàn)在追求5&6級(jí)能效的項(xiàng)目上。但是有些追求可靠性的領(lǐng)域，還是蠻喜歡用 UC384X 系列的。話不多說(shuō)了，下面是參考其內(nèi)部控制邏輯建立的仿真模型。
第一部分 傳統(tǒng)定頻反激
UC384X 的內(nèi)部邏輯圖：
圖1 UC384X 系列內(nèi)部邏輯圖
首先是一個(gè)90瓦的 CCM 反激，其控制邏輯參考 UC3842，可見(jiàn)下圖：
圖2 U 固定開(kāi)關(guān)頻率的反激模型
模型說(shuō)明：
由 V5 產(chǎn)生一個(gè)固定的置位時(shí)鐘，RS 觸發(fā)器和輸出邏輯參考 UC384X。最關(guān)鍵的 PWM 比較器，由一個(gè) if 語(yǔ)句替代，追求最快的仿真速度。用分壓電阻和限制運(yùn)放的輸出，控制到 PWM 比較器的電壓不高于 1V。誤差放大器由傳統(tǒng)的 TL431 替代，光耦用理想的流控電流源替代，于是可以得到仿真的波形：
20ms 的啟機(jī)波形：
圖3 反激的啟機(jī)波形
展開(kāi)細(xì)節(jié)：
? V（Vout）是差模電感之前的電壓，紋波較大。
?V（G3：1）是負(fù)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 比較器的電流信號(hào)。
?V（Vcomp）是 PWM 比較器的給定信號(hào)。
圖4 反激的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)波形
做一個(gè) 0.5A ~４。７Ａ 10ms 切換一次的動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試：
圖5 觀察在動(dòng)態(tài)負(fù)載時(shí)的工作波形
仿真原文件： flyback_test_V1.zip
第二部分 傳統(tǒng)定頻正激
關(guān)于50%占空比的限制，可以參考下圖，將 S 引腳脈寬設(shè)置到半個(gè)周期長(zhǎng)度，那么 PWM 輸出的最大脈寬就被限制住了。
圖6 UC384X 系列的控制時(shí)序圖
仿真原理圖：
圖7 UC384X 控制的雙晶正激模型
模型說(shuō)明：
為了加快仿真速度，對(duì)于雙管正激 MOS 的體二極管幾乎不走電流的情況下，就直接用理想開(kāi)關(guān)代替。副邊也直接用二極管做整流橋，同步整流稍微麻煩。輸出用一個(gè)壓控電流源來(lái)做理想負(fù)載，控制邏輯和反激幾乎一樣。
20ms 的上電波形
圖8 正激啟機(jī)仿真
展開(kāi)細(xì)節(jié)：
?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 比較器的電流信號(hào)輸入
?V（Vcomp）是 PWM 比較器的給定信號(hào)
?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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)波形
做 5 A~40A 10ms 一次的切換：
圖9 正激模型在動(dòng)態(tài)負(fù)載切換時(shí)的工作
展開(kāi)切換時(shí)的細(xì)節(jié)，分別是 加負(fù)載 時(shí)：
圖10 正激模型在負(fù)載增加時(shí)
和 減負(fù)載 時(shí)：
圖11 正激模型在負(fù)載減少時(shí)
仿真原理圖： FORWARD_CM_TEST_V1.pdf
仿真原文件： FORWARD_CM_TEST_V1.zip
第三部分 傳統(tǒng)半橋
傳統(tǒng) PWM 控制的半橋和全橋，一般由電壓模式控制，常見(jiàn)的 IC 有 SG3525A，UC3825A。是拿 CT 上的電壓斜坡和誤差放大器的輸出進(jìn)行比較，然后得到一個(gè)占空比去控制管子的脈寬。由于要控制半橋和全橋，需要有兩路互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且還要限制住兩路信號(hào)的最大占空比。
SG3525A 的內(nèi)部邏輯圖如下：由 OSC 和觸發(fā)器發(fā)出兩路限制占空比的互補(bǔ)信號(hào)到 NOR 門。NOR 門默認(rèn)輸出為高電平，需將關(guān)斷 PWM 的信號(hào)送到 NOR 門。在 SG3525A 中分別有下列幾個(gè)送到 NOR 門用來(lái)關(guān)斷輸出，限制脈寬。
?PWM 比較器的輸出，誤差放大器的電壓 Vcomp 高于 Vramp 后發(fā)出高電平到觸發(fā)器的 S，觸發(fā)器發(fā)出高電平到 NOR 門，可以關(guān)閉當(dāng)前輸出。
?OSC 發(fā)出的最大占空比限制，通過(guò)合理的 RT 和 CT 控制最大的占空比。
?ULVO IC 欠壓保護(hù)
?SHUTDOWN 過(guò)流保護(hù)信號(hào)
?觸發(fā)器發(fā)出的兩路互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
圖11 SG3525A 的控制邏輯圖
在仿真模型中，為了提高仿真速度，我 用可定義的三角波來(lái)作為 CT 上的電壓斜坡。用 0.2V 和 2.5V 對(duì)斜坡電壓進(jìn)行比較，可得到用來(lái)限制占空比的信號(hào) CLK。在通過(guò)觸發(fā)器 U6 得到兩路互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào) A 和 B，分別都送到 NOR 門。在仿真中，我去掉了欠壓保護(hù)的控制，控制驅(qū)動(dòng)的 NOR 門只有三個(gè)條件用來(lái)關(guān)斷當(dāng)前的脈寬：
?A 和 B 互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)。
?最大占空
?PWM 比較的輸出。
過(guò)流保護(hù)比較器暫時(shí)不使用，電壓模式只控制占空比，動(dòng)態(tài)性能要比電流模式差一點(diǎn)點(diǎn)。
圖12 電壓模式半橋控制模型
先來(lái)一個(gè) 0~20ms 的啟機(jī)波形：
圖13 電壓模式半橋啟機(jī)波形
展開(kāi)細(xì)節(jié)：
?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(jī)波形
做一個(gè) 10A~80A 的 10ms 一次的切換：
可以看到這個(gè)反饋參數(shù)不是很好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較糟糕。
圖14 電壓模式半橋在動(dòng)態(tài)負(fù)載切換時(shí)的波形
繼續(xù)展開(kāi)細(xì)節(jié)部分：
圖15 電壓模式半橋在動(dòng)態(tài)負(fù)載切換時(shí)的波形
資料下載
仿真原文件： hb_uc1825a_v1.pdf
仿真原理圖： HB_UC1825A_V1.zip
第四部分 電壓模式全橋部分
控制模式幾乎和半橋一致，只是用兩路信號(hào)同時(shí)驅(qū)動(dòng)對(duì)角的兩顆管子，便于仿真就沒(méi)有使用隔離驅(qū)動(dòng)的電路，模型可見(jiàn)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(jī)波形
展開(kāi)細(xì)節(jié)：
?I（L2） /10 是副邊濾波電感上的紋波電路，便于觀察除以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，為了便于觀察除以50倍。
?I（C10） 是流過(guò)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(jī)波形
做一個(gè) 10A~100A 的 10ms 一次的動(dòng)態(tài)切換：
圖18 電壓模式全橋的動(dòng)態(tài)負(fù)載切換時(shí)波形
展開(kāi)細(xì)節(jié)：
圖19 電壓模式全橋的動(dòng)態(tài)負(fù)載切換時(shí)波形
資料下載
仿真原文件： fb_vm_test.zip
仿真原理圖： fb_vm_test_v1.pdf
第五部分 電流模式的
全橋控制模型仿真
電流模式只是將原邊電流引入控制，和誤差放大器的給定做比較，當(dāng)原邊電流達(dá)到給定值時(shí)，關(guān)閉當(dāng)前周期的脈寬。見(jiàn)控制模型：
圖20 峰值電流模式全橋的控制模型
來(lái)一個(gè)0~20ms上電仿真：
圖21 峰值電流模式全橋的啟機(jī)波形
展開(kāi)后的細(xì)節(jié)：
?V（GAIN:OUT）PWM 比較器的給定是誤差放大器的輸出
?V（E7:IN+） PWM 比較器電流信號(hào)
?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，為了便于觀察除以了10
圖22 峰值電流模式全橋的啟機(jī)波形
做 10A~100A 10ms 的切換：
圖22 峰值電流模式全橋的在動(dòng)態(tài)負(fù)載切換時(shí)的波形
展開(kāi)細(xì)節(jié)：
圖23 峰值電流模式全橋的在動(dòng)態(tài)負(fù)載切換時(shí)的波形
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論