潘紅偉　董平

摘 要：隨著新型功率器件的出現(xiàn)，開(kāi)關(guān)電源逐步取代了線性電源的應(yīng)用領(lǐng)域，該文簡(jiǎn)要分析了3DX50中波發(fā)射機(jī)二進(jìn)制電源應(yīng)用PWM電路設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源工作原理。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；PWM調(diào)制電路；占空比

1 前 言

3DX50中波發(fā)射機(jī)二進(jìn)制電源由以往的線性電源改為模塊化的開(kāi)關(guān)電源，采用了PWM脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)控制技術(shù)為二進(jìn)制功放提供+75V和+150V穩(wěn)壓電源。PWM調(diào)制開(kāi)關(guān)電源由于效率高，穩(wěn)壓范圍寬，線性度好等特點(diǎn)，故在二進(jìn)制電源設(shè)計(jì)中得以采用。

2 二進(jìn)制電源工作原理

3DX二進(jìn)制開(kāi)關(guān)電源采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，是電壓控制式的開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路，為了降低功耗，提高效率，使調(diào)整管工作始終處于放大狀態(tài)變?yōu)殚_(kāi)關(guān)狀態(tài)，既要么飽和導(dǎo)通，要么截止。導(dǎo)通時(shí)，有大電流通過(guò)，但因管壓降小，故功耗不大；截止時(shí)，雖然管壓降大，但此時(shí)電流很小。由于調(diào)整管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管輸出的是開(kāi)關(guān)電壓，經(jīng)過(guò)續(xù)流平滑濾波環(huán)節(jié)把開(kāi)關(guān)電壓變換成直流平穩(wěn)電壓。為了使輸出電壓自動(dòng)調(diào)整，應(yīng)對(duì)調(diào)整管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，一般是通過(guò)輸出誤差電壓反饋和輸入斜坡電壓進(jìn)行比較，比較后的輸出信號(hào)對(duì)調(diào)整管的通/斷時(shí)間進(jìn)行控制以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

二進(jìn)制電源由300V輸入，輸出75V和150V電源分別給低位、高位二進(jìn)制模塊供電。75V供給含1/16、1/32和1/64射頻電壓二進(jìn)制功放臺(tái)階（LSB）；150V供給含 1/2、1/4和1/8 射頻電壓二進(jìn)制功放臺(tái)階（MSB），使二進(jìn)制臺(tái)階累計(jì)成一個(gè)大臺(tái)階。當(dāng)輸入或輸出有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流和PWM無(wú)推動(dòng)時(shí)，電源可以實(shí)現(xiàn)自保。

1. PWM調(diào)制電路

二進(jìn)制電源中的PWM脈寬調(diào)制電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過(guò)輸出電壓反饋調(diào)整其占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。其核心是PWM調(diào)制器，它是一個(gè)比較器，將頻率一定的斜坡電壓與輸出反饋的誤差電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生占空比可調(diào)的推動(dòng)信號(hào)來(lái)控制調(diào)整管的通斷時(shí)間，以此來(lái)輸出開(kāi)關(guān)電壓。斜坡信號(hào)是由控制電路產(chǎn)生固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘頻率決定PWM調(diào)制器的開(kāi)關(guān)頻率，經(jīng)過(guò)積分、峰值檢波、AGC電路處理后產(chǎn)生。無(wú)論因何原因使負(fù)載電壓發(fā)生變化形成誤差電壓，然后反饋至比較器輸入端和斜坡電壓進(jìn)行比較，PWM調(diào)制器輸出的占空比自動(dòng)調(diào)整，其占空比隨誤差電壓而變化，即實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)穩(wěn)壓，這個(gè)過(guò)程就是PWM調(diào)制。

具體來(lái)講，二進(jìn)制電源由U4可編程邏輯控制電路輸出射頻信號(hào)給PLL鎖相環(huán)電路，鎖相后起到了穩(wěn)定輸出時(shí)鐘頻率，減少電源輸出噪聲的作用。然后，U4輸出160kHz的時(shí)鐘信號(hào)CLOCK，如圖1，時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)積分電路U17變換成三角波，一路由負(fù)峰值線性檢波器檢出三角波的負(fù)峰值，并把這個(gè)值采樣后和積分電路另一路斜坡電壓信號(hào)經(jīng)U19反向求和使三角波的電平提升到0伏以上，再經(jīng)過(guò)U23-AGC電路處理使PWM變化率保持恒定。U27比較器將來(lái)自AGC電路的變化率和輸出誤差電壓反饋?zhàn)儞Q成一個(gè)占空比可變PWM調(diào)制信號(hào)。PWM電路中，U23滿足W=5X1/U2這個(gè)關(guān)系式，U25的輸出電壓直接控制U2，U19的輸出作為U23的差動(dòng)輸入X1，U23的輸出W為U27提供斜坡電壓信號(hào)，U23在這里的作用就相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)增益控制器AGC。

圖1中負(fù)峰值檢測(cè)電路是對(duì)三角波信號(hào)的負(fù)峰值進(jìn)行采集并保持，為了改善電路性能，使C86電容電壓跟蹤輸入電壓，即輸出最大程度的跟隨輸入電壓，在輸入端增加U20電壓跟隨器作為輸入緩沖；為了使二極管對(duì)電容快速充電提高電路的檢測(cè)速度及檢測(cè)精度，在U20的負(fù)反饋支路增加一個(gè)檢波二極管CR9構(gòu)成反饋放大器，同時(shí)限制了CR10的反向電壓。U25是對(duì)電容電壓進(jìn)行緩沖，以平衡通過(guò)R117和負(fù)載所引起的放電；另外，反饋電阻R117給CR9提供了一個(gè)電流通路，以防止U20在檢測(cè)到一個(gè)新的峰值后進(jìn)入負(fù)飽和區(qū)以便于立即跟隨。

當(dāng)輸入三角波正半周時(shí)，U20輸出正信號(hào)，CR9導(dǎo)通，CR10截止，輸出為零；當(dāng)輸入負(fù)半周時(shí)，U20輸出負(fù)信號(hào)，由于虛斷，CR9截止，CR10導(dǎo)通，繼續(xù)給C86充電保持其峰值，輸出負(fù)信號(hào)加到U25緩沖后檢測(cè)出負(fù)峰值。

2. 75V穩(wěn)壓電路

下圖2是二進(jìn)制75V電源的原理框圖。Q5為調(diào)整管，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，源極接至由續(xù)流二極管CR8、電感L3和電容C83組成的續(xù)流濾波電路，柵極接U15和U13組成的開(kāi)關(guān)推動(dòng)電路，U27的輸出經(jīng)推動(dòng)電路控制調(diào)整管的工作狀態(tài)。

其原理：剛打開(kāi)電源時(shí)，Q5處于截止?fàn)顟B(tài)，漏極輸入300V而輸出接近0V。輸出電壓（75V OUT）被U27的輸出脈沖占空比所控制，隨著這個(gè)占空比增加，輸出驅(qū)動(dòng)脈沖DRV_75送至推動(dòng)電路產(chǎn)生75-GATE柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)使Q5導(dǎo)通，電流流過(guò) L3，輸出電壓隨之開(kāi)始上升。如果75V不穩(wěn)定或負(fù)載發(fā)生變化引起的誤差電壓，通過(guò)由R107和R96組成的分壓電路對(duì)75V輸出電壓進(jìn)行采樣與U18的輸入?yún)⒖茧妷哼M(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生75V_PWM_CNTRL電壓反饋信號(hào)至U27的同相輸入端和75V斜坡電壓作比較，U27輸出的PWM已調(diào)信號(hào)用來(lái)控制調(diào)整管的導(dǎo)通與截止時(shí)間，以達(dá)到穩(wěn)定75V電壓的目的。例如：當(dāng)75V增大時(shí)，Q5由飽和導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r(shí)間提前，導(dǎo)通時(shí)間縮短，使輸出下降以維持75V不變，反之亦然?？梢?jiàn)輸出電壓的自動(dòng)調(diào)整是借助于Q5的開(kāi)關(guān)時(shí)間或輸出脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

另外，U18的輸入?yún)⒖茧妷河?00V電壓經(jīng) R136、R138、R142、R145和 R79分壓后得到，根據(jù)需要由安裝在前面板的電位器 R2可以調(diào)整75V電源的大小。

3. 150V穩(wěn)壓電路

150V電路的工作原理與 75V 電路基本相同，一方面由于150V 電路的大電流（150V_10A，75V_1.35A）需求使用了Q7/Q8兩個(gè)調(diào)整管，它們輸入有180°的相位差，采用這種方式有助于消除150V 輸出紋波；其次，150V電路的PWM斜坡電壓RAMP150同樣來(lái)自75V的AGC電路U23，這里不再重復(fù)。

4. 故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)指示

電源的前面板提供了綠/紅燈電源狀態(tài)指示，75V和150V電壓可調(diào)電位器，兩個(gè)電源雙色指示燈DS1/DS2，四個(gè)紅色故障指示燈DS3/DS4/DS5/DS6和電源開(kāi)關(guān)按鈕。電源正常運(yùn)行，指示燈DS1和DS2綠燈亮，否則紅燈亮（紅燈亮有時(shí)是假象，重新加電可恢復(fù)）。四個(gè)單色故障指示燈狀態(tài)FLT_0、FLT_1、FLT_2、FLT_3代表了不同的編碼，即給用戶提供一種電源狀態(tài)（亮/滅）。例如，F(xiàn)LT_0、FLT_1、FLT_2、FLT_3對(duì)應(yīng)指示燈狀態(tài)：亮、亮、亮、滅，編碼為0001，0-紅燈亮，1-紅燈滅，表示二進(jìn)制電源連鎖故障；四個(gè)紅燈全滅，編碼為1111，表示二進(jìn)制電源正常，編碼如表1所示。

二進(jìn)制電源模塊對(duì)上述故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果有一個(gè)故障信息出現(xiàn)，信息將被送到發(fā)射機(jī)微控制器單元對(duì)故障進(jìn)行顯示。

3 結(jié)束語(yǔ)

PWM脈寬調(diào)制電路在開(kāi)關(guān)電源中已被廣泛使用，以上只是簡(jiǎn)要地分析了PWM電路在3DX50中波發(fā)射機(jī)二進(jìn)制開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用，希望對(duì)使用者了解二進(jìn)制電源并能簡(jiǎn)單處理一些常見(jiàn)故障提供幫助，最終為安全播出提供保障。

參考文獻(xiàn)

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