开关电源的PWN-PFM控制电路
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:4123
1．引言
开关电源由于在体积、重量、效率和可靠性等多多方面的优势，目前在计算机、通信、家用电器、雷达、空间技术等众多领域中已完全取代了传统的线性稳压电源。开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(pwm)；(2)脉冲频率调制(ppn)；(3)脉冲宽度频率调制(pwn-pfh)．其中pwm是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的pwm集成芯片，如ucl842／2842／3842、tdal6846、tl494、sgl525／2525／3525等；pfm具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有pfm功能的集成芯片有max641、tl497等；pwm-pfm兼有pwm和pfm的优点，但目前市场上没有具有pwm-pfm功能的单片集成芯片出售从而限制它的应用。
本文介绍了一种采用pwm-pfm控制的开关电源，对其中的控制电路--pwm-pfm电路的原理进行了较详细的分析，该控制电路元件数量少、实现简便。
2．开关电源及其pwh-pfh控制电路介绍
本开关电源的输入为三相交流电，输入电压范围为320~575v，频率为45~65hz，输出规格为24v／10a，重量仅约1．4kg。开关电源的主电路拓扑为双晶体管反激变换式，通过采用两支开关管串联来降低对大功率mos场效应管的关断电压的要求。
pwm-pfm控制电路由三片数字芯片(4011、4066、40106)和少量电阻、电容、二极管、三极管组成，电路图见图1．其中，4011为二输入的四与非门，4066为四双向模拟开关，40106为六施密特触发器。
3．原理分析
如电路图所示，它有四个输入端，信号分别来自光耦1输出端、光耦2输出端、整流后的高压直流端、以及与开关变压器耦合，一个输出端以驱动大功率mos场效应管。电路的核心部分是由两个与非门(in3a／in3b／out3和in4a／in4b／out4)构成的rs触发器。触发器有两个输入端：40ll第9脚(in3b)和第12脚(in4a)；两个输出端401l第10脚(out3)和第11脚(out4)。输出端out4的信号传送到五个并联的施密特触发器(i1／o1、i2／o2、i3／o3、i4／o4和i5／o5)。施密特触发器的作用是整定与非门的输出波形，防止电路的误动作。采用五个施密特触发器并联的冗余设计提高了电路的电流驱动能力，增强了整个电路的可靠性。整形后的波形经两个互补三极管构成的图腾柱驱动大功率mos场效应管，控制主回路的导通和关断。输入端in3b为导通时间ton控制端，输入端in4a为关断时间toff控制端，两个输入端都是低电平有效。当输入端in4a为低电平时触发与非门4使输出端out4为高电子，经施密特触发器后关断开关管；当输入端in3b为低电平时触发与非门3使输出端out3为高电平，输出端out4为低电子，out4低电平经施密特触发器后为高电平，使开关管导通。out3高电平使模拟开关1(in1／outl／controll)导通，线圈ll的电流经d5和r17到地，防止线圈l1磁饱和。
启动时，线圈ll无电流，对地为低电平，经与非门1(inla／in1b／outl)和与非门2(in2a／in2b／out2)后仍为低电平，即输入端in3b为低电平，经rs触发器和施密特触发器后使开关管导通，开关电源有输出，输出电压经比较、放大后的反馈信号经光耦2隔离，通过r16、r17、r18、c5、c6、t4、r15送到in4a，使开关管关断，pwm-pfm控制电路起振。
正常工作时，线圈l1耦合开关变压器的信号(即开关管的信号)经与非门l和与非门2后至in3b，控制开关管的导通时间ton，从开关电源的输出的反馈信号经光耦2隔离，通过r16、r17、r18、c5、c6、t4、r15送到in4a，控制开关管的关断时间toff。若负载和输入电压不变，开关管按rs触发器的电路常数所决定的宽度和频率周而复始的导通和截止，维持输出电压不变。若负载或输入电压有变化，线圈ll和光耦2反馈的信号同时变化，使导通时间ton和关断时间toff同时变化，即控制脉冲的宽度和频率同时变化，实现了pwm-pfm控制。
光耦l为输出过压保护，当开关电源输出正常时，光耦1输出为高电平，经施密特触发器后为低电平，模拟开关3(in3／out3／control3)不导通，out3不起作用；当开关电源输出过压时，光耦1输出为低电平，经施密特触发器后为高电平，使control3为高电平，模拟开关3导通，out3端接地，in4a端为低电平，开关管关断。
整流后的高压直流端为输入过压保护。当交流输入电压正常时，t1管饱和导通，control4为低电平，模拟开关4(in4／0ut4/control4)不导通，out4不起作用；交流输入电压过高时，tl管截止，control4为高电平，模拟开关4导通，out4接地，in4a端输出为低电平，开关管关断。
4．结束语
控制电路是开关电源的核心部分，采用合适的控制电路可简化开关电源的设计，并使之具有优异的性能。采用该pwm-pfm控制电路组成的开关电源，由
1．引言
开关电源由于在体积、重量、效率和可靠性等多多方面的优势，目前在计算机、通信、家用电器、雷达、空间技术等众多领域中已完全取代了传统的线性稳压电源。开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(pwm)；(2)脉冲频率调制(ppn)；(3)脉冲宽度频率调制(pwn-pfh)．其中pwm是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的pwm集成芯片，如ucl842／2842／3842、tdal6846、tl494、sgl525／2525／3525等；pfm具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有pfm功能的集成芯片有max641、tl497等；pwm-pfm兼有pwm和pfm的优点，但目前市场上没有具有pwm-pfm功能的单片集成芯片出售从而限制它的应用。
本文介绍了一种采用pwm-pfm控制的开关电源，对其中的控制电路--pwm-pfm电路的原理进行了较详细的分析，该控制电路元件数量少、实现简便。
2．开关电源及其pwh-pfh控制电路介绍
本开关电源的输入为三相交流电，输入电压范围为320~575v，频率为45~65hz，输出规格为24v／10a，重量仅约1．4kg。开关电源的主电路拓扑为双晶体管反激变换式，通过采用两支开关管串联来降低对大功率mos场效应管的关断电压的要求。
pwm-pfm控制电路由三片数字芯片(4011、4066、40106)和少量电阻、电容、二极管、三极管组成，电路图见图1．其中，4011为二输入的四与非门，4066为四双向模拟开关，40106为六施密特触发器。
3．原理分析
如电路图所示，它有四个输入端，信号分别来自光耦1输出端、光耦2输出端、整流后的高压直流端、以及与开关变压器耦合，一个输出端以驱动大功率mos场效应管。电路的核心部分是由两个与非门(in3a／in3b／out3和in4a／in4b／out4)构成的rs触发器。触发器有两个输入端：40ll第9脚(in3b)和第12脚(in4a)；两个输出端401l第10脚(out3)和第11脚(out4)。输出端out4的信号传送到五个并联的施密特触发器(i1／o1、i2／o2、i3／o3、i4／o4和i5／o5)。施密特触发器的作用是整定与非门的输出波形，防止电路的误动作。采用五个施密特触发器并联的冗余设计提高了电路的电流驱动能力，增强了整个电路的可靠性。整形后的波形经两个互补三极管构成的图腾柱驱动大功率mos场效应管，控制主回路的导通和关断。输入端in3b为导通时间ton控制端，输入端in4a为关断时间toff控制端，两个输入端都是低电平有效。当输入端in4a为低电平时触发与非门4使输出端out4为高电子，经施密特触发器后关断开关管；当输入端in3b为低电平时触发与非门3使输出端out3为高电平，输出端out4为低电子，out4低电平经施密特触发器后为高电平，使开关管导通。out3高电平使模拟开关1(in1／outl／controll)导通，线圈ll的电流经d5和r17到地，防止线圈l1磁饱和。
启动时，线圈ll无电流，对地为低电平，经与非门1(inla／in1b／outl)和与非门2(in2a／in2b／out2)后仍为低电平，即输入端in3b为低电平，经rs触发器和施密特触发器后使开关管导通，开关电源有输出，输出电压经比较、放大后的反馈信号经光耦2隔离，通过r16、r17、r18、c5、c6、t4、r15送到in4a，使开关管关断，pwm-pfm控制电路起振。
正常工作时，线圈l1耦合开关变压器的信号(即开关管的信号)经与非门l和与非门2后至in3b，控制开关管的导通时间ton，从开关电源的输出的反馈信号经光耦2隔离，通过r16、r17、r18、c5、c6、t4、r15送到in4a，控制开关管的关断时间toff。若负载和输入电压不变，开关管按rs触发器的电路常数所决定的宽度和频率周而复始的导通和截止，维持输出电压不变。若负载或输入电压有变化，线圈ll和光耦2反馈的信号同时变化，使导通时间ton和关断时间toff同时变化，即控制脉冲的宽度和频率同时变化，实现了pwm-pfm控制。
光耦l为输出过压保护，当开关电源输出正常时，光耦1输出为高电平，经施密特触发器后为低电平，模拟开关3(in3／out3／control3)不导通，out3不起作用；当开关电源输出过压时，光耦1输出为低电平，经施密特触发器后为高电平，使control3为高电平，模拟开关3导通，out3端接地，in4a端为低电平，开关管关断。
整流后的高压直流端为输入过压保护。当交流输入电压正常时，t1管饱和导通，control4为低电平，模拟开关4(in4／0ut4/control4)不导通，out4不起作用；交流输入电压过高时，tl管截止，control4为高电平，模拟开关4导通，out4接地，in4a端输出为低电平，开关管关断。
4．结束语
控制电路是开关电源的核心部分，采用合适的控制电路可简化开关电源的设计，并使之具有优异的性能。采用该pwm-pfm控制电路组成的开关电源，由
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