1000W大功率开关电源设计(8)

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图4-6UC3825的工作结构电路

在UC3825的工作结构电路图4-6中，VREF为参考电压，为线性光耦合器控制部分提供工作电压；RT和CT用来调节PWM的占空比Dmax和振荡频率；端口2为输入端口，Out A和Out B是PWM信号的输出端口，信号的幅值由端口13的VC决定。Out A和Out B输出的两个PWM信号是相互之间有死区时间的互补信号。因为功率MOSFET的截止时间比导通时间长，如果Dmax过大，将会导致桥臂短路的情况。

通过实验可知，UC3825的2脚输入和Out A、Out B输出的PWM脉冲信号的占空比是满足线性 关系的。具体实验数据如表4-1所示。我们定义UC3825的2脚输入为V2j，输出的PWM信号占空比为D。

表4-1UC3825输入与输出占空比的关系

V2j（V） 0.945 0 1.872 28 1.166 4 1.972 32 1.308 8 2.038 36 1.429 12 2.132 40 1.537 16 1.704 20 1.743 24 D（%） V2j（V） D（%） 从表4-1中的数据可以看出，端口2的数值范围为：0.945V~2.132V，而PWM脉冲信号的占空比在0%~40%之间变化，与上述的结论基本吻合。

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4.4 反馈电路的设计

高频开关电源包括内环和外环两个闭环环控制系统，内环是电流反馈控制，外环是电压反馈控制。电流反馈控制需要在开关变换器和高频变压器之间添加一个检测电流的互感器。其工作原理大致是将检测信号送到UC3825的第9个管脚限流端，当负载电流过大时关断。

电压反馈控制在主电路的输出端进行采样，再将采样电压与整定电压进行比较后送到比例积分放大器，然后送到UC3825的第2个管脚，以控制PWM信号的占空比，从而达到控制主电路输出电压的目的。

U1+R2K1I1CK2+5V--+I2I3R3VoR1 图4-7线性光耦隔离的电压反馈电路

从图4-7中可以看出，线性光耦合隔离的电压反馈电路是由一个隔离反馈光二极管和一个输出光二极管组成的。反馈光二极管通过红外线的照射产生控制信号，以此调节二极管的驱动电流。输出光二极管产生的电流信号与二极管发出的伺服光通量成线性比例。

光电流I2的值满足：I2?ViR1，其与LED的电流成正比，比例系数为

反馈传输增量K1，即I2?K1?I1，运算放大器向LED提供足够的电流以保持运算放大器的正向和反向输入端等电压。同理，我们可得到：

K2?I1I2 （4-4）

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K2表示正向增益，则传输增益为K3为：

K3?K2K1 （4-5）

可见输入与输出的关系满足：

Vo?K3R3Vi （4-6） R1在实际应用中，LED工作在1~10mA左右。在此范围内，传输增益K3为0.9~1.1之间的一个值，它的线性误差为?0.25%。

4.5 保护电路的设计

4.5.1 软启动电路的设计

软启动电路可分为硬控制和软控制两类。硬控制是在合闸时先接入限流电阻，将合闸浪涌电流限制在设定范围内，待输入电容充满电后，再将该电阻短接。这是因为大多数的PWM型稳压电源的输出滤波电容都比较较大，输出电压的突然建立将会形成非常大的电容充电电流，从而有可能使高压开关管损坏。若持续时间长，还会引起过流保护电路误动作。为了避免过流保护的误动作，需要在输出电压软启动电路确保安可靠性的情况下将保护电路的动作时间延长。

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VDDUk2UjVR2j2J1R1UgR4Uk3+C4R5C2R3+12VQTRCDSC3C1

图4-8输入电压软启动电路

在输入电压的软启动电路（图4-8）中，Uj为一触发器，Ug为一光耦合器，Uk2表示触发器的控制端。其工作原理大致如下：当启动时，Uk2为低电平，控制触发器打在j1点，启动电压经过R1限压稳流，光耦合器Ug由于R1两端的降压而工作，使Uk3为低电平；同时，电容C4开始充电，逐渐使Uk3变为高电平，在D触发器的控制下使Uk2也变为高电平，控制触发器打向j2点，直接输出到后级电路。

4.5.2 过流过压保护

（1）过流保护

开关电源一般都有电流保护电路，其中过流保护是比较常用的一种，即当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种保护措施。在这次的开关电源设计中，我们为过流保护加上了三重防护，分别是:一是在系统的输入级的三相交流引入处安装熔断保险装置，当出现短路时熔断来切断输入电流；二是在控制软启动触发器的后级安装熔断保险管，以防止启动浪涌电流的过大，损坏功率器件；三是通过检测电流来控制PWM脉宽从而达到过流保护的目的。

①切断式保护原理

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电流信号电流检测和I/V转换电压比较电路状态保持电路控制电路失效

图4-9切断式保护原理

切断式保护工作（如图4-9）大致工作过程是先用电流检测电路来检测电流信号，经I/V转换电路将电流信号变成电压信号，送到电压比较电路进行比较。当电流信号达到预定值时，信号电压大于比较电压，比较电路产生输出触发信号作用于状态保持电路，使控制电路失效。

②限流式保护原理

电流信号电流检测和I/V转换电压比较电路V/W电路取代误差放大器

图4-10限流式保护原理

限流式保护工作（如图4-10）大致是电流检测电路检测信号，经I/V转换电路将电流信号变成电压信号，送到电压比较电路进行比较。当电流信号达到预定值时，保护电路开始工作，使V/W电路输出脉宽变窄，稳压电源的输出电压减小，以确保输出电流在设定范围以内。

③限流—切断式保护

限流—切断式保护的工作过程大致如下：当负载电流达到预定值时，保护电路开始动作，输出电压减小，控制负载电流保持稳定。若负载电流过大，保护电路进一步动作，将电源的输入电流切断。这种保护的安全性较高，宜采用。

ieT1D1R1Uk9CR2D2

图4-11过流保护的电流采样电路

在图4-11中，ie是高频变压器T1的原边输入电流；T1是电流变压器。

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