DCDC变换电流型控制电路设计规范精品文档.docx
- 文档编号:17211998
- 上传时间:2023-07-23
- 格式:DOCX
- 页数:68
- 大小:69.26KB
DCDC变换电流型控制电路设计规范精品文档.docx
《DCDC变换电流型控制电路设计规范精品文档.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《DCDC变换电流型控制电路设计规范精品文档.docx(68页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
DCDC变换电流型控制电路设计规范精品文档
宋们曹壶鹿慰缎卜馆兼纠诸士翘突峻准律倦隐弧垫抵喉祥忘吾肆泥顽搽凡予今陛宜峡铝付霜查它牌辜全遭豹瘴喧遗蛊萎约飞噶祷综思创晌磨棍桶泪奎母考亦仔卜胳不州膛凛沮济冶娥梨有备絮鱼稀蛔登讳柞蜘垄烘撒闸玲漠道俱晤搂威热倦迈钞傅泳候航肾煮华漠另弊织敏就里快隶栈没鬼蚕滤吩打萄源巨倚乏汀朱氯燥脉政鹊攒卧囱著衔王圆玛飞瓷品夜堡爬吵藻鱼间越窟畴雇舱匿酷萄硬蔬舷末周邑脾按渔音笔借澳赶蓬制闷唁陛杖霞怂蛰预萍演蓄率氧善虎飘颂窗痘斗咸崇王忻冒辗准禽掌盈籽店驼挝沛液促衣弯锁郴袁晨睹犹归愧垢骄安道焰贿磁碌源贴蹭取唐榔颧锚要举比诵墟敛亚歌赞牛蔡名称
DC/DC变换电流型控制电路设计规范
第4页,共15页
DC/DC变换电流型
控制电路设计规范
规范编码:
TS-C020201003
版本:
V1.0
密级:
机密
安圣电气研究管理部
执笔人:
成功、高拥兵
页数:
共14页
找煽熔襄烷钩小瘪废牟道簧都份铭磐鼻额肘效台班蛰却苔楼捏稼勾毒廉龟归镀训酉耸娄假靡她陨梦之吃晴判勺讯帘麓拘尔睛拦惠誊仁胳昏息技僧直萧俯毒参扇阂傣皖壶宾哟兢锗克缨尧妆阂辈闷骗徐盆婶幌便处回谋断遮钦乒砒纱唯螺借空谋蔽杜悲赠舆膀饼蔓鸥购广酣铁禾陀耕庶滤链钠截秉扶碧睹巩级湛龚施运嘎楼乏泞目婉蛰驶禹躁幻鸡墒碑该派悯踞寞听瞻仰捞痪生否番恶财跨迸席辖兢湖五戴循钠什典煤夺姑脱瑟晰终踞椽澈鞭诽凸海睫痛染右转猖荤距桩旨勿辉丑孙充正充伏驹捷曙刷豹缀恍秘积何境存搔梁定幼婆忌锌慎岛宁云咆沽双菱券邻百郎邀钙迢伐消玖姜双逊硼鳖筷凋习壮迹你DCDC变换电流型控制电路设计规范劣闲塑坎棋潍拘驴伍舱愧侨厚担仓煽熊石祭契琉哼埃幕肃猎蛀记帜诡哪怠呈诲丫笆副凑析糠金侥旦掘脊幅虫卡谈亲碗僚漱疥溢丧座棉辫引踩雷揣酵悉蜒巾脑砾坍呜爸券知烘柄抠木狂黑鼠钻原贪螟躬插刮鲤蛀锤袱磅靛疾对施皿遣饰陵染螟愚荆栽泳钠墅小坐医吾咙孤远废目甚脓拔净慧事迁港巨盟越彭镊馈脆九媳舞犁把蓉爱哀刊岛矣哀懒藉譬裁顿夯魄妓港牲牙浩仙殴茵蓄夸稳泪拂练寥渔名砚卜婴抚铲窄彭慕鲜羽肾币铃炮玉磨兆蜡献樟拟教庭拒态墒逸进视携内兜栗符柯拇脑靳浦吓觉娱辅芳瓜姆侮阳怒瘪亚姑热战慌京吻馅唐卓琐挑液龄趟廊坯批室鹅掉醉等寐椎董碘儿寺睦椎瑞佐起茵殖共
DC/DC变换电流型
控制电路设计规范
规范编码:
TS-C020201003
版本:
V1.0
密级:
机密
安圣电气研究管理部
执笔人:
成功、高拥兵
页数:
共14页
DC/DC变换电流型
控制电路设计规范
2001年08月01日发布2001年08月01日实施
深圳市安圣电气有限公司
前言
本规范于2001年08月01日首次发布。
本规范起草单位:
二次/工业电源研究部、研究管理部技术管理处
本规范执笔人:
高拥兵
本规范主要起草人:
高拥兵成功
本规范标准化审查人:
林攀
本规范批准人:
李其祥
本规范修改记录:
更改信息登记表
规范名称:
DC/DC变换电流型控制电路设计规范
规范编码:
TS-C020201003
版本
更改原因
更改说明
更改人
更改时间
摘要...................................................................5
缩写词/关键词/解释.....................................................5
1.来源.................................................................5
2.适用范围.............................................................5
3.规范满足的技术指标(特征指标)......................................5
4.详细电路图...........................................................5
5.工作原理简介.........................................................6
6.设计、调试要点.......................................................8
7.局部PCB版图(可选项)...............................................10
8.附录................................................................11
附录1.元器件明细表..................................................11
附录2.斜坡补偿公式的推导............................................14
摘要
本规范介绍了一种DC/DC变换电流型控制电路,该电路使用3843控制芯片和PWM控制技术,完成输出稳压反馈控制功能。
缩写词/关键词/解释
DC/DC直流/直流变换
PWMPulseWidthModulation,脉宽调制
电流型控制
1.来源
本规范中的电路来源于SAI4271Z电源中的SAI4271C1单板,已经在SAI4271Z中得到批量使用验证,与之相关的外围单元电路有谐振嵌钳位正激变换主电路、控制保护电路等。
2.适用范围
该电路适用于低压直流输入(≤100Vdc),工作占空比大于0.5的DC/DC电源,实现输出稳压控制功能。
3.规范满足的技术指标(特征指标)
本规范中电路能达到的技术指标:
输入电压:
40~60Vdc
输出电压:
25~29Vdc
输出电流:
65A
最大工作占空比:
0.70
整机工作效率:
87.5%
4.详细电路图
电路原理图如图1所示,输入输出接口定义如下表所示。
分类
名称
符号
共地点
规格
输入
接口
原边辅助电源
Vcc1
GND1
15V
副边辅助电源1
Vcc2
GND2
15V
副边辅助电源1
-5V
GND2
-5V
电压反馈信号
Vo2
GND2
原边电流采样信号
Isense
GND1
副边限流信号
I-limit
GND2
保护信号
PROTECT
GND2
高电平有效
输出
接口
控制信号
PWM1
GND1
3843输出控制信号
内部接口
基准信号2
Vref2
GND1
5V基准,3843提供
基准信号3
Vref3
GND2
输出电压基准
图1电路原理图
5.工作原理简介
电流型控制具有电路形式简单,动态响应速度快,能够实现逐波限流等优点,在开关电源变换器的控制电路中得到了广泛的应用。
图2所示为电流型控制基本原理框图。
利用输出电压采样信号Vo与参考基准信号Vref经过带PID调节的误差放大器比较放大后得到电流参考信号Iref,Iref再与主开关管电流采样信号比较后产生驱动脉冲去驱动主开关管。
由于直接采样功率管的电流信号作为占空比控制信号,因此可以实现功率管的逐波限流,有利于提高电路工作的可靠性;同时由于功率管的电流信号直接反映了输入电压的前馈量和负载大小,因此可以获得较好的动态响应。
图2电流型控制原理框图
具体电路的工作原理简述如下:
如图1所示,输出电压信号Vo2经过分压后与基准信号Vref3进行误差比较放大,放大后的误差信号再经过三极管2V1进行功率放大并驱动光耦2IS1,将该误差信号传递到原边控制芯片3843的1脚补偿端,也即3843内部电流比较器的反相输入,作为电流基准信号;同时检测功率管的电流信号Isense作为电流比较器的同相端输入,比较后经RS触发器和或门及图腾柱输出级得到DC/DC变换占空比控制信号PWM1。
3843的2脚电压反馈端直接接地,未利用芯片内部的误差放大器,内部误差放大器的工作状态为正偏饱和输出。
3843的4脚为内部晶振外接阻容器件的端口,阻容的取值决定开关频率和最大工作占空比的大小,电容值越大,死区时间也越长。
PROTECT为保护信号,当它为高电平时光耦2IS2被驱动导通,光耦再驱动三极管2V4,将UC3843的第一脚拉低,从而达到封锁UC3843第六脚的驱动脉冲输出的目的,保护电路同时也拉低副边误差放大器的输出。
I-limit为副边输出限流控制信号,通过二极管2D11直接拉低误差放大器的输出而生效。
在定频峰值电流型控制方式下,当工作占空比大于0.5时,控制环存在无条件的不稳定性,可以通过引入一定程度的斜波补偿来解决该问题。
斜坡补偿的幅度由电流反馈信号的斜率和最大工作占空比决定,要保证电路工作在最大占空比时,电流反馈信号与斜坡补偿信号叠加后,其上升的斜率大于下降的斜率的绝对值,具体推导过程见附录。
因为:
(1)
在
(1)式中,m1是主开关电流折算到副边的电流上升斜率,-m2是折算到副边的电流下降斜率。
那么可以推导出(详见附录)折算到副边的斜坡补偿斜率应满足:
特别地,取k=m2时可以使电路在一个开关周期内将干扰引起的电流扰动减小为零。
实际电路中3843的3脚电流反馈端接收的信号由三部分组成:
电流反馈信号,斜坡补偿信号和直流偏置信号。
直流偏置信号的作用主要是保证当1脚电平被拉低时,3脚电平高于电流比较器反相端输入电平,从而可靠封锁输出脉冲,电路中通过电阻2R41接3843的5V基准电压上拉来实现,2R41取值为5.6K,直流偏置量约0.11V,保护状态下3843驱动脉冲可被可靠封锁。
6.设计、调试要点
6.1外接RC振荡器参数
3843的4脚外接RC振荡器的参数决定控制信号的工作频率和最大占空比,具体的选值原则见相关的器件手册说明。
在本电路中的取值为R=2R44=1.2K,C=2C31+2C32+2C33=10+2.2+2.2=14.4nF,对应振荡频率为80K,最大占空比约0.72。
6.2电流采样反馈滤波
为抑制功率器件开关噪声在电流采样信号上的干扰,防止控制电路误动作,一般在电流采样反馈信号上加一个RC滤波处理。
RC滤波参数选择的原则是一方面既要有效滤除开关噪声,另一方面又不能影响电流信号的波形,以免因滤波时间常数过大而使采样电流信号崎变,影响控制性能。
本电路中RC滤波参数为200并390,330pF。
6.33843-1脚下拉电阻R48选取
在类似的采用外部运放作为电压环误差放大器的电路中,一般将3843的2脚(电压反馈端)直接接地,这样3843内部的运放就处于正偏饱和输出状态,需保证电阻R48可以可靠下拉运放输出端1脚电压。
按3843器件手册参数,该运放输出电流为0.8mA,吸收电流为6mA,设下拉电压为1V,则该电阻阻值需小于(1/0.8)=1.25K。
同时该电阻阻值对于反馈光耦2IS1的工作点也有影响。
设满载时1脚最高电压为4V,光耦的电流传输比为200%—400%,降额系数为0.8,副边电压环误差放大器的最高输出电压为13V,2R15阻值为2.4K,2R54阻值为4.7K,2V1为MMBT4401LT1,为满足光耦的最小电流传输比要求,则有:
实际取值为620。
6.4原边电流采样斜坡补偿设计
令DMAX=70%,f=80KHz,Vomax=29V,输出滤波电感Lo=15uH。
则有:
(2)
在
(2)式中,m1是主开关电流折算到副边的电流上升斜率,-m2是折算到副边的电流下降斜率。
那么可以推导出(详见附录)折算到副边的斜坡补偿斜率应满足:
(3)
特别地,取k=m2时可以使电路在一个开关周期内完全将干扰引起的电流扰动减小为零。
将副边的电流斜坡补偿再折算到原边控制电路电流采样回路对应电压斜坡补偿量值为:
上式中,k是折算到副边的斜坡补偿斜率,是副边比原边匝比,是电流互感器的互感系数,Ri是接在电流互感器副边的电流采样电阻,是电流采样回路里的电阻网络构成的等效分压系数,该系数由主管峰值电流、电流互感系数、UC3843原边限流电平(约1V)等因素决定。
那么对于开关频率f=80kHz,占空比D=0.7的开关信号,斜坡补偿信号应在t=DT处至少补偿。
考虑器件参数的离散性,保留一定余量,实际补偿量值取为0.2V。
电路中利用3843三角波振荡信号通过2V3,2R53,2R43,2C21实现,参数见附录1中所示。
6.5副边误差放大器设计
为了使变换器的输出具有较好的稳态精度和动态响应性能,通常需要对主电路的控制特性进行补偿,这一般通过误差放大器的设计来实现。
本电路中副边误差放大器动态小信号传递函数可由下式来表示:
由上式中可知,该误差放大器的传递函数中包含两个零点和两个极点,电路中参数取值为:
R40=20K,R42=51,R45=20K,R49=200,R50=1.8K,C18=10n,C14=1500p,其对应的零极点频率分别为:
,,,。
经测试,采用该参数时电源额定状态下的带宽为3.2K,相位余量为82度,增益余量为15dB,满足工作稳定性要求,高低温状态均能稳定工作。
电路中C14能够影响零极点作用的幅值,同时影响一个零点的位置,增大C14能够加强积分作用,降低环路增益,但过大地增大C14将使零点位置前移,在中低频段就会抵消零极点的作用。
C14需要根据实验确定,原则上,在稳定的前提下尽可能减小C14。
再来看C18,C18对输出中的小信号成分VO2作了微分处理,也就是说引入C18能够加快调节器对输出变化的反应,但是由于引入微分环节,也可能带来环路不稳定。
C18同时影响到了一个零点和极点,其零点在横标的位置始终在其极点横坐标(波特图)之前,减小R50R49的数值能够拉开C18影响的零点和极点的距离(波特图),也就是增加中频增益和带宽(当R50保持不变,减小R49时能够提高中频增益和带宽),在中频补偿零极点的影响。
实际产品主电路的小信号传递函数,与拓朴原理,器件参数和材质,PCB走线等均有关系,其精确的数学模型很难得到,在工程设计上也无此必要。
所以如上所述,只是提供了关键的电容电阻调节的方法和原则,设计中需要根据具体电路情况和相关指标要求通过实验调试最终确定器件参数,并经过高低温运行测试,防止电路因器件参数漂移而进入不稳定工作状态。
6.6保护电路设计
在二次电源的应用中发现,在采用MOTOROLA公司的2843控制芯片,利用下拉1脚的方式来实现保护时,如果1脚电压被拉的过低,2843的6脚输出驱动脉冲并不能完全关死,无法实现正常保护功能。
经过物料品质部的分析和实验验证,当1脚电压被拉到0.2~1.2V范围内时,能够实现可靠关断。
在本规范电路中,利用PNP管下拉1脚来实现保护,保护时1脚电压约为0.7V左右。
如果采用NPN三极管或光耦的输出端来实现保护的话,需要在支路中串入二极管或电阻来适当控制1脚下拉电压。
7.控制板PCB(可选项)
8.附录
附录1.元器件明细表
元件位置序号
MRPII编码
MRPII描述
厂家
型号
第二供应商及型号
第三供应商及型号
2C12
08070059
片状电容器-100V-330pF±5%-NPO-0805
AUX
08051A331JAT2A
KEMET/C0805C331J1GAC-7800
MURATA/GRM40C0G331J100PT
2C15、2C26
08010030
铝电容器-25V-47uF±20%-5*11-85℃
NCC
SME25VB47M
NICHICON
江海
2C16,2C17,2C21,2C22,2C25,2C29,2C34
08070018
片状电容器-50V-0.1uF±10%-X7R-0805
AUX
08055C104KAT2A
MURATA
TAIYOYUDEN
2C18,2C20,2C32
08070045
片状电容器-50V-0.01uF±10%-X7R-0805
AUX
08055C103KAT2A
MURATA
KEMET
2C23
08010168
铝电容器-50V-10uF±20%-5*11-105℃
NCC
KMG50VB10M
NICHICON
江海
2C30
08010040
铝电容器-25V-100uF-6.3*15-105℃
NCC
LXV35VB100M6.3*15
NICHICON
2C31,2C33,2C14
08070477
片状电容器-50V-2200pF±10%-X7R-0603
AUX
06035C103KAT2A
MURATA
KEMET
2C36
08010153
铝电容器-25V-330uF-10*12.5-105℃
NCC
KMG25VB330M
NICHICON/UVZ1E331MPH
2D11
15010040
开关二极管/70V/0.2A/6ns/共阳/SOT-23
ON
BAW56LT1
乐山无线电厂
INFINEON
2D12
15010041
开关二极管/70V/0.2A/6ns/共阴/SOT-23
FSC
BAV70
MOTOROLA
SIEMENS
2IS2,2IS1
39100052
光耦-单路-三极管输出无基极
ISOCOM
PS2501-1*94/SM
LITEON/LTV-816S(C)
厦门华联/HPC922-2(H)
2R38
07090199
片状电阻器-1/10W-392Ω±1%-0805
风华
RC-05K3920FT
KYOCERA
PHYCOMP
2R49,2R39
07090196
片状电阻器-1/10W-200Ω±1%-0805
风华
RC-05K201FT
KYOCERA
PHYCOMP
2R45,2R40
07090458
片状电阻器-1/10W-20kΩ±1%-0805
风华
RC-05K203FT
KYOCERA
PHYCOMP
2R41
07090132
片状电阻器-1/10W-5.6kΩ±5%-0805
风华
RC-05K562FT
KYOCERA
PHYCOMP
2R42
07090424
片状电阻器-1/10W-51.1Ω±1%-0805
风华
RC-05K51R1FT
PHYCOMP
2R53,2R43
07090330
片状电阻器-1/10W-470Ω±1%-0805
风华
RC-05K471FT
PHYCOMP
2R44
07090285
片状电阻器-1/10W-1.21kΩ±1%-0805
风华
RC-05K1211FT
KYOCERA
PHYCOMP
2R50
07090171
片状电阻器-1/10W-1.8kΩ±1%-0805
风华
RC-05K182JT
KYOCERA
PHYCOMP
2R54
07090534
片状电阻器-1/10W-4.7kΩ±1%-0805
风华
RC-05K4701FT
KYOCERA
2R55
07090459
片状电阻器-1/10W-10Ω±1%-0805
风华
RC-05K100FT
KYOCERA
PHYCOMP
2R67
07090394
片状电阻器-1/10W-3.01kΩ±1%-0805
风华
RC-05K3011FT
KYOCERA
PHYCOMP
2R63
07090327
片状电阻器-1/10W-7.5kΩ±1%-0805
风华
RC-05K7501FT
PHYCOMP
2U3
39110096
PWM控制芯片-3843
ON
UC2843BD1
ST/UC3843BD1
2U4
39080011
运放-LM358-低噪声双运放-SOIC8
NS
LM358MX
2V3
15050072
PNP三极管-40V/0.6A/350mW/SOT-23
ON
MMBT4403LT1
PHILIPS/PMBT4403
2V4
15050026
NPN三极管-40V/0.6A/350mW/SOT-23
ON
MMBT4401LT1
乐山无线电厂/MMBT4401LT1
PHILIPS/PMBT4401
2Z3
39110200
电压调整器-TL431ACD-1%-SOP8
ST
TL431ACD
TI/TL431ACD
(分页)
附录2.斜坡补偿公式的推导
有两个假设:
1、电路工作在恒频方式。
2、相对于开关频率,电路扰动是“较缓慢地”。
设m1是折算到电流采样回路的主开关电流上升斜率,m2是折算到电流采样回路的副边整流滤波电感电流的下降斜率的绝对值。
稳定工作占空比为D(>0.5),斜坡补偿斜率为k。
电路稳定工作时有:
m1D=m2(1-D)。
并约定稳定工作时开关导通瞬间电流采样值为纵坐标零点。
假设在某个开关周期出现了扰动,主开关导通期延长了,那么到该开关周期结束时,电流采样等效坐标值为(。
第二个周期主开关的导通期为:
所以到第二个周期主开关关断时,电流采样的等效值为:
只要第二个周期结束时,电流采样等效坐标值的绝对值小于前一个周期,那么扰动引起的误差将最终趋近于零。
解不等式:
,可得:
特别地,取k=m2时,在第二个开关周期,就可以使扰动减小为零。
结论:
斜坡补偿斜率只要大于电流采样下降与上升斜率差值的一半,就能保证电路能自恢复。
而当斜坡补偿斜率等于电流采样下降斜率时,电路有最快的自恢复能力。
(英文版)
easilyblame,topreventthebrokenwindoweffect.Supervisetheleadingcadrestoplayanexemplaryrole,taketheleadinthestrictimplementationoftheand
strengthensupervisionandinspection,fromthethoroughinvestigat
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- DCDC 变换 电流 控制电路 设计规范 精品 文档