分析調節PWM轉換器最大占空比方案

標簽：脈沖寬度調制 電源 PWM控制器

脈沖寬度調制是一種模擬控制方式，其根據相應載荷的變化來(lái)調制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現開(kāi)關(guān)穩壓電源輸出晶體管或晶體管導通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數字輸出來(lái)對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單，靈活和動(dòng)態(tài)響應好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)科之間的界限，結合現代控制理論思想或實(shí)現無(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將會(huì )成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一……在電壓模式控制下，脈寬比較器利用斜坡電壓設置脈寬。此外，在電流模式控制下，斜坡電壓的一部分可以添加到電流斜坡，以增強系統的穩定性。通常，當轉換器對斜坡電壓放電時(shí)(下降或關(guān)閉時(shí)間)，將切斷電源開(kāi)關(guān)。通過(guò)控制下降時(shí)間，可以調節轉換器的最大占空比。

PWM 控制器 UCC38C42產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)指出標準的放電電流為 8.4 mA。假設需要 200 kHz 的工作頻率，最大脈沖寬度為 75%?？梢杂嬎愠鐾ㄟ^(guò)放電晶體管的總放電量為10.5nC。該 IC 對電容器充電的方法是利用一個(gè)電阻連接參考電壓 (Vref) 與 IC 時(shí)間電容器 (Ct) 引腳。因此，在整

個(gè)切換周期內，Vref 到 Ct 引腳之間都會(huì )有電流通過(guò)。該電流大小與Ct 引腳電壓和電阻 Rt 的值相關(guān)。從產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上還可以知道 Ct 引腳上的電壓將發(fā)生 1.9V 變化。盡管該變化不是完全線(xiàn)性的，因為 Rt 上發(fā)生的電壓變化僅為電源電壓的 40%，并將從接近地電平開(kāi)始并放電至接近地電平。

隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，出現了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線(xiàn)電壓控制PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調變化?？梢酝ㄟ^(guò)調整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。

圖 1 中正斜率斜線(xiàn)表示電容器的充電電壓。斜線(xiàn)以下的區域表示 75% 循環(huán)時(shí)間內電容器的累計充電量。由于電壓呈直線(xiàn)下降，放電時(shí)通過(guò)電阻的電流與相應電壓在充電時(shí)通過(guò)電阻的電流保持一致。因此，放電時(shí)通過(guò) Rt 的累計電流電量是充電時(shí) Ct 充電電量的三分之一。

通過(guò)內部放電晶體管的總電量為放電啟動(dòng)時(shí)電容器的充電電量，加上電容器放電時(shí)通過(guò) Rt 的電流電量?？偟碾娏渴请娙萜鞯姆逯惦娏考由想娙萜鞣烹姇r(shí)通過(guò)電阻的電量的 1/3，也就是電容器的峰值電量的11/3，原因是放電斜坡也是一條直線(xiàn)。由此可看出，充電電流與放電電流非常相似。因此，由于充電占了3/4的時(shí)間，而放電占了1/4的時(shí)間，故放電時(shí)的累計電量應該是充電時(shí)的1/3。

基于這點(diǎn)，我們可以確定Ct的值。我們知道電容器發(fā)生的電壓變化為1.9V，我們還知道在峰值電壓時(shí)，電容器充電電量的變化為10.5nC*(3/4)= 7.875nC。因此，電容器電容為 7.875 nC/1.9 V=4.145 nF。有了電容值，我們現在就可以得到電阻值了。電壓源為5V，并根據方程：

我們根據兩個(gè)已知的電壓：V值 的變化量為1.9V和5.0V 的 Vref ，以及 3.75ms的時(shí)間，得出Rt為：

。結果為Rt =1.893 kΩ。在仿真器中對該分析的結果進(jìn)行了測試，圖2顯示了電容器的電壓，兩條線(xiàn)的斜率非常接近線(xiàn)性。通過(guò)電阻的電流波形顯示了結果很類(lèi)似的鏡像。

陡升的波形相當于對電容器的放電，而緩降的電流波形表示對電容器充電。下一步將檢查容差的影響。高低轉折點(diǎn)電壓變化都很小。較高的轉折點(diǎn)電壓會(huì )造成更長(cháng)的充放電時(shí)間。同樣，較低的轉折點(diǎn)電壓會(huì )造成頻率上升，因為Ct電壓可以更快地到達較低電壓轉折點(diǎn)。