一.引言

PWM(脈寬調(diào)制)開(kāi)關(guān)電源基本原理是通過(guò)對(duì)輸出電壓采樣，并把采樣的結(jié)果反饋給控制電路，控制電路把它與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果控制脈寬調(diào)制器輸出占空比，達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。反饋環(huán)路作為開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中的一部分，承擔(dān)著輸入級(jí)和輸出級(jí)的“紐帶”角色，不僅要穩(wěn)定地把輸出采樣信號(hào)傳輸?shù)捷斎爰?jí)電路，而且自身不能影響輸出特性。傳統(tǒng)的反饋電路是由穩(wěn)壓器和光電耦合器構(gòu)成的隔離電路，此結(jié)構(gòu)會(huì)造成變換器在啟動(dòng)過(guò)程中輸出電壓過(guò)沖。

本文根據(jù)傳統(tǒng)反饋電路的構(gòu)成，提出了一種正激式反饋電路的改進(jìn)方法，可以有效抑制輸出過(guò)沖，并且在電路結(jié)構(gòu)上不做很大的改動(dòng)，滿(mǎn)足工程應(yīng)用要求。

2.輸出電路和反饋電路

2．1 反饋功率級(jí)和輸出電路

正激式電路輸出結(jié)構(gòu)由輸出整流、濾波及反饋電路的功率級(jí)構(gòu)成,，如圖1所示。

輸出級(jí)電路由整流管(D3)，續(xù)流管(D4)和濾波電路(L1、L5 )構(gòu)成，反饋電路功率級(jí)由整流(D1，C1)和線(xiàn)性調(diào)整電路(R1、D2、C2、Q1、C3，)構(gòu)成。

初始狀態(tài)，VOUT和BIAS都是接地狀態(tài)。上電以后，BIAS電壓會(huì)很快上升到D2的穩(wěn)壓值范圍，而VOUT因?yàn)橐?jīng)過(guò)輸出濾波電路，限制了上升速度。

2．2 傳統(tǒng)的反饋電路

圖2是傳統(tǒng)的反饋電路，由基準(zhǔn)電壓源、光電耦合器和外圍元件構(gòu)成。根據(jù)電源輸出特性分析計(jì)算，可對(duì)各阻容合理取值。

最初VOUT的電壓為零，R6此時(shí)視為接地。當(dāng)BIAS電壓升高時(shí)，電流經(jīng)R2和E1流過(guò)C7，R4和C6的并聯(lián)回路最終由R6／／R7，到地。此時(shí)R6／／R7，的值會(huì)大于R2，故A處節(jié)點(diǎn)電壓高于TLV431內(nèi)部參考值(1．25V)，導(dǎo)致TLV431的陰極端電壓下降。

隨著VOUT電壓升高，C6和C7，電容器上的電荷累積，陰極電壓升高的速度開(kāi)始也會(huì)加快，一段時(shí)間后，隨著VOUT電壓的持續(xù)增大，陰極電壓升高的速度會(huì)減慢，接著會(huì)開(kāi)始負(fù)增長(zhǎng)。因?yàn)榱鹘?jīng)R6的電流在下降，而且最終會(huì)反向流動(dòng)(當(dāng)VOUT電壓高于TLV431的參考電壓時(shí))。R6上電流的改變會(huì)導(dǎo)致流過(guò)R4的電流下降接著反向，導(dǎo)致C6和C7，開(kāi)始放電。

因此，TLV431陰極上的電壓先升高，當(dāng)VOUT在A點(diǎn)分壓值超過(guò)參考值(1．25V)時(shí)又開(kāi)始降低。TLV431實(shí)際是一個(gè)集成的誤差信號(hào)放大器，由于啟動(dòng)的時(shí)候陰極電壓過(guò)高，控制器會(huì)增大占空比使輸出電壓過(guò)沖，以補(bǔ)償當(dāng)時(shí)的下沖，并且通過(guò)C6和C7，上累計(jì)的電荷表現(xiàn)出來(lái)。

2．3 傳統(tǒng)的反饋電路實(shí)測(cè)

圖2中的試驗(yàn)電路中元器件參數(shù)如下：

R6=3．08k， R7=1．87k，R4=1k，R2=1k

C6=1μF，C7=3300pF，BIAS為5．3V

TLV431陰極電壓計(jì)算如下：

R6初始電流=1．25V／3．08kΩ=405．844μA

(此時(shí)VOUT為零，電流是反向的)

R7初始電流=1．25V／1．87kΩ=668．449μA

R3，初始電流=R2：初始電流+R1。初始電流=1．074mA

R3初始電壓=R3初始電流×R3=1．074V

TLV431陰極電壓=R3，初始電壓+參考電壓=1．074V+1．25V =2．324V

圖3中的波形就是三個(gè)電路節(jié)點(diǎn)的電壓波形對(duì)比。從圖3可以看出，預(yù)設(shè)輸出電壓3．3V，電壓最高達(dá)到4．8V，輸出電壓的過(guò)沖很大。

3 改進(jìn)的反饋電路

3．1 改進(jìn)的反饋電路

從上述的原理出發(fā)，改進(jìn)的思路為給基準(zhǔn)電壓源(TLV431)提供一個(gè)預(yù)設(shè)電壓，使之能夠提前開(kāi)始調(diào)節(jié)電壓。然后再慢慢地將這個(gè)信號(hào)減弱直至零，這樣就可以完全避免過(guò)沖。改進(jìn)電路的原理圖如圖4所示。

為了在接通時(shí)實(shí)現(xiàn)所需的預(yù)設(shè)電壓(1．3V，如圖3)，將電阻(Rx)加在BIAS和R6、R7節(jié)點(diǎn)之間的電路，這樣就產(chǎn)生了必須的偏置電流以偏置R6和R7節(jié)點(diǎn)，使之稍大于電壓基準(zhǔn)源的參考值(1．25V)而不用吸收電壓基準(zhǔn)源輸出的流過(guò)R4的電流。

電壓基準(zhǔn)源的陰極電壓此時(shí)小于等于輸出所需的調(diào)節(jié)電壓，VOUT電壓的增大會(huì)提高R6、R7節(jié)點(diǎn)的電壓，導(dǎo)致電壓基準(zhǔn)源的陰極從光耦中吸取更多的電流，從而會(huì)關(guān)斷控制器輸出。但是，為了在電源輸出電壓升高的情況下降低流過(guò)電阻Rx的電流，可以在電阻Rx上串聯(lián)一個(gè)電容Cx 。開(kāi)關(guān)電源的輸出會(huì)在上電大概兩毫秒內(nèi)達(dá)到3.3V的輸出電壓值，因此，必須在兩毫秒之后給電容Cx加電。而且此電容要滿(mǎn)足放電之后，能旁路此回路，控制器在關(guān)斷后期內(nèi)又能重新充電的要求。要達(dá)到此要求，需要把Rx和Cx通過(guò)二極管Dx連接到R6、R7，的節(jié)點(diǎn)，下拉電阻Ry連接到Cx和Dx的節(jié)點(diǎn)上。

3．2 改進(jìn)的反饋電路實(shí)測(cè)

圖4中增加的元器件參數(shù)如下：

Rx，=(BIAS-1．25V)／1．074mA=3．8kΩ；

要達(dá)到兩毫秒放電50％ ，不讓輸出電壓過(guò)沖，所需的電容：

Cx=2ms／Rx *ln2=0．76μF；

Ry選取時(shí)只要不影響Cx放電就好，可以適

當(dāng)大一點(diǎn)，選取100kΩ；

Dx選擇常用的肖特基二極管1N914。

圖5是圖4電路試驗(yàn)后的波形圖。從圖5中可以看出，輸出電壓過(guò)沖完全被抑制了。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源反饋電路的改進(jìn)方法，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓過(guò)沖完全抑制。這種方法在正激式電路中得到了驗(yàn)證，并可以推廣到和正激式電路類(lèi)似的諸如全橋、半橋或者推挽拓?fù)渲?。此改進(jìn)電路理論參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)單，在實(shí)際工作中易于調(diào)試，具有很高的實(shí)用價(jià)值。