控制电路设计

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1、第四节控制电路设计•浙江大学电气工程学院•应用电子学系•二零零八年七月主要内容•一、控制电路的结构和主要组成部分•二、PWM控制集成电路（IC）的选择•三、驱动电路设计•四、反馈补偿电路的设计•五、几种典型专用芯片的介绍一、控制电路的结构和主要组成部分（1）（2）（3）if输出反馈PWM控制驱动主电路补偿器器选择电路ufi*u*参考信号启动和保护（4）（5）电压电流采样控制电路设计的目标：保证系统在各种工况下稳定工作和要求的动态性能。二、PWM控制集成电路（IC）的选择控制集成电路主要有两类：（1）功率开关管与控制电路集成在一起的集成电路，又称为单片集成电源芯片，如TOPSwitch和TIN

2、YSwitch两种常见的单片集成IC。功率范围从几瓦～200瓦以下的开关电源。（2）无功率开关的PWM控制集成电路，如常见的UC系列控制芯片，TL494,SG3525等等。首先根据开关电源的要求选择电压控制模式或者电流控制模式，然后详细阅读相关PWM控制集成电路的内部结构选择合适的PWM控制集成电路。电源控制芯片if输出反馈PWM控制驱动主电路补偿器器选择电路ufi*u*启动和保护参考信号电压电流采样三、驱动电路设计驱动电路的作用：（1）功率放大。将控制电路发出的开关信号转换为可以使开关管开通和关断的信号。数字控制电路发出的开关信号需功率放大才能用于驱动功率半导体器件。一般的PWM控制芯片驱

3、动输出部分可直接用于驱动开关管。（2）电气隔离作用。包括主电路和控制电路的隔离以及多个开关器件的电路驱动电路的隔离（是电路正常工作的必要环节。）通常有光隔离和磁隔离两种方式。高频时光隔离有延时问题且需要一组独立电源，磁隔离延时小，但驱动脉宽不容易控制，输出宽脉冲时容易引起隔离变压器饱和。（3）器件保护。当器件工作异常，第一时间关断器件（一）MOSFET功率管的驱动(电压型器件）ugsiGuds密勒电容引起驱动电压平台CrssM1CossCiss这三个电容造成开关特性延时MOSFET管驱动电路示例VCCVCCR3R3Q1Q1R5R1R2Q1PWMU1R1R2Q1PWMQ2Q2带光耦驱动MOSF

4、ET管图腾柱驱动VCCMOSFET管变压器隔离驱动R3Q1C2PWMR1T1R2Q1R4Z1Q2C1注意:MOSFET的开关速度可以通过在驱动电路和栅极电路间串联一个30欧姆以下的电阻R控制，该电阻太大将使开关损g耗明显增加。驱动电路需要的隔离电源组数判别D1M1L1C1TX112UiLs1R1LpC3Ls20D2C2M2L112M3M1D1D3TX2UiC3R1M2M4D4D2（二）IGBT功率管的驱动1.IGBT与MOSFET有相同的栅极驱动特性，MOSFET的驱动IC也可以很好的驱动IGBT。2.IGBT有拖尾电流，开关损耗大，对器件施加反向电压可以使器件可靠关断，反向电压一般为-5V

5、~-10V。3.专用驱动芯片EXB841。VCCR3Q1R5U1R1R2PWMQ1D1R6Q2四、反馈补偿电路的设计（一）电压模式控制：•电压反馈环的重要性：电压反馈环是控制电路设计的核心部分。要求反馈环能够对输入电压的波动、负载的波动以及元件参数的波动等都能通过自动调价占空比来确保输出电压值保持在一定的范围内。•电压反馈环的构成：核心是一个高增益的运算放大器，通常称为“误差放大器”（一般PWM控制集成芯片中包含了误差放大器）。•设计电压反馈环技术要点：首先要确定被控制对象的特性，要求设计者能够全面了解开关电源各个主要部分对整个电源系统以及不同控制模式对开环BODE图响应的影响。VdcLD1

6、212Vou(t)D1D2R1M1C1负载D4R2D50-+C1R3z=xyx-+Vref调节器UrRU1+UcR1OUTu−uRcr2=-u−uRUfrf1R2比例调节器UrRU1+uc(s)−ur(s)R1Uc2=+OUTUfR1u(s)−u(s)RsRC-rf121R2C1PI调节器的设计需要确定两个参PI调节器数：增益和零点，一般先确定零点。UrRU1+UcOUTR1-UfC2R2CC12C1PID调节器u(s)−u(s)(RCs+1)(RCs+1)cr1122=u(s)−u(s)RCsrf12PID调节器有两个零点，一般在动态性能要求高的场合应用，但是引入微分环节后容易受高频信号影

7、响。PID调节器需要确定两个零点和增益三个参数。二、电压调节器的参数设计举例L=0.1mHL112M3M1D1D3TX2Ui=300VUiC=1000uFC3R1R=1全桥、半桥、M2M4U=5V推挽、正激D4D2O电路其实就是隔离的降压电路。DiLUUi/ktDUio•∧∧∧∧∧∧∧x=Ax+Bu+Cd,其中x=x−x,d=d−d,u=u−u/k00i0TA=∂F(x,u,d)/∂x,B=∂F(x,u,d)