宋 杰

（西南大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，重慶400716）

隨著我國電源行業(yè)的發(fā)展，在中大功率應(yīng)用場合，采用PWM控制技術(shù)的移相全橋DC/DC變換器越來越受到人們的關(guān)注，隨著PWM控制技術(shù)逐漸向高頻化方向發(fā)展，全球各大集成電路生產(chǎn)商競相研制出各種新型的PWM控制器件，其中TI公司推出的UCC3895是一款具有代表性的移相全橋控制器件。該器件既可以工作于電流模式也可以工作于電壓模式，又可以為諧振零電壓開關(guān)提供高頻、高效的解決方案，具有廣闊的應(yīng)用前景。這里基于UCC3895設(shè)計(jì)了移相全橋DC/DC變換器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對該系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。

1 移相全橋DC/DC變換器閉環(huán)系統(tǒng)工作原理

移相全橋DC/DC變換器閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 移相全橋DC/DC變換器閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

直流輸入電壓經(jīng)過全橋逆變、高頻變壓器降壓、輸出側(cè)整流濾波得到所需的直流電壓。四路PWM波配置為兩組，PWM1、PWM2為一組，用來控制全橋逆變模塊的超前臂；PWM3、PWM4為另一組，控制滯后臂。PWM1與PWM2互補(bǔ)，PWM3與PWM4互補(bǔ)，可通過UCC3895設(shè)置合適的死區(qū)時(shí)間。該閉環(huán)控制電路采用峰值電流模式，外環(huán)電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為電流內(nèi)環(huán)的基準(zhǔn)，在電流環(huán)中對采樣的電流進(jìn)行斜坡補(bǔ)償，以保證占空比大于50%的時(shí)候，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定工作。電流環(huán)的輸出作為調(diào)制信號，通過脈寬調(diào)制電路、移相電路、隔離驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的閉環(huán)控制[1]。

2 閉環(huán)控制電路設(shè)計(jì)

2.1 控制模式

閉環(huán)系統(tǒng)采用恒定導(dǎo)通時(shí)刻峰值電流控制方式，可以實(shí)現(xiàn)逐個(gè)脈沖控制，動態(tài)響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，并且易于實(shí)現(xiàn)限流及過流保護(hù)。工作原理框圖如圖2所示。

圖2 恒定導(dǎo)通時(shí)刻峰值電流控制工作原理框圖

外環(huán)誤差放大器輸出的誤差放大電壓Ue與外加的補(bǔ)償鋸齒波Ux合成倒鋸齒波Uc作為內(nèi)環(huán)PWM比較器的基準(zhǔn)，當(dāng)開關(guān)管電流檢測信號Us的峰值達(dá)到Uc時(shí),觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，開關(guān)管關(guān)斷，從而減小輸出電流[2]。

2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

控制部分硬件電路如圖3所示。電壓外環(huán)誤差放大器采用新型光隔離誤差放大器FOD2741，將UCC3895的引腳1（EAN）和引腳2（EAOUT）連接在一起，使內(nèi)部的誤差放大器構(gòu)成電壓跟隨器，跟蹤PI調(diào)節(jié)器輸出的誤差電壓，并將其輸入至內(nèi)部PWM比較器的同相輸入端，作為電流環(huán)的基準(zhǔn)[5-6]。

圖3 控制部分硬件電路

圖3中，通過R5和R6設(shè)置輸出取樣電壓，R5、R6與輸出電壓Vout滿足：

R1和 R7控制光耦的增益[3]， C1、 C2、 C3和 R1、 R2、 R3與FOD2741組成雙零點(diǎn)、雙極點(diǎn)的PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

在電流內(nèi)環(huán)中加入斜坡補(bǔ)償以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。斜坡補(bǔ)償信號以電壓跟隨的形式，從RC振蕩器中引入，其中加入上拉電阻R8為補(bǔ)償?shù)匿忼X波提供直流偏壓，解決啟動或輕載時(shí)UCC3895輸出波形的不對稱問題[4]。圖中電流檢測信號Is經(jīng)過I-V變換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號。根據(jù)疊加原理與引入的斜坡補(bǔ)償信號疊加送入U(xiǎn)CC3895的引腳3（RAMP），作為內(nèi)部PWM比較器的反相輸入。通過內(nèi)部限流比較器及過流比較器實(shí)現(xiàn)逐周期限流及過流保護(hù)，當(dāng)2 V2.5 V時(shí)，進(jìn)入過流保護(hù)模式。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將該控制系統(tǒng)應(yīng)用于一臺1.5 kW的電源中，設(shè)計(jì)參數(shù)如下：輸入電壓為直流144 V，輸出14 V直流電壓，高頻變壓器原、副邊匝數(shù)比為15：2，開關(guān)頻率為50 kHz，輸出濾波電感為 22 μH，濾波電容為 2 820 μF ，負(fù)載為 0.14 Ω。 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為：R1=1 kΩ、R2=68 Ω、R3=40 Ω、C1=1.2 nF、C2=47 pF、C3=82 nF。在移相控制占空比的過程中，全橋逆變器的驅(qū)動波形及高頻變壓器副邊的輸出波形如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)測試波形

4 結(jié)束語

本文基于UCC3895設(shè)計(jì)了移相全橋DC/DC變換器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中加入補(bǔ)償校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)在交越頻率處的相位裕度大于45°，從而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果表明，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)定性好。

[1]張?jiān)瓢?，孫 強(qiáng)，王 陽，等.基于UCC3895控制的移相半橋三電平變換器閉環(huán)系統(tǒng)[J].電氣傳動，2008，38（2）：31-34.

[2]劉鳳君.現(xiàn)代高頻開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3]Michael O’Loughlin，Nashua NH.Shunt regulator serves as inexpensive op amp in power supplies[J].EDN，2005，15（9）：32-35.

[4]Steve Mappus.UCC3895 OUTC/OUTD asymmetric duty cycle operation [R].Texas Instruments Application Report，SLUA275，September 2002.

[5]Texas Instruments.BICMOS advanced phase-shift PWM controller[EB/OL].2008.http：//focus.ti.com/lit/ds/symlink/ucc38 95.pdf.

[6]Texas Instruments.Using the UCC3895 in a direct control driven synchronous rectifier applications[EB/OL].2009.http：//focus.ti.com.cn/cn/lit/ug/sluu109b/sluu109b.pdf.