开关电源的主发生器。方案、说明

开关电源的主发生器。无线电电子电气工程百科全书

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在设计推挽式脉冲电压转换器时，需要采取措施防止开关晶体管出现直通电流。如果产生特殊形式（除了曲折之外）的信号来控制晶体管，则可以确保转换器的正常操作。

在设计以更高频率运行的开关电源 (UPS) 时，主要关注确保其可靠性和高效率。推挽式 UPS 正是具有这些品质 [1]。然而，如果不采取特殊措施消除直通电流，机组不可能以可接受的效率因数（80%）稳定运行。

推挽式 UPS 中的直通电流是由于开关晶体管的有限（非零）关断时间而产生的。事实上，UPS 中使用的最强大晶体管的关断时间 (toff) 在 1,5 ... 8 μs 范围内，而它们的导通时间 (ton) 大约要短十倍。这导致这样的事实：在频率增加时，集电极电路中的电流形状扭曲，变得与曲折不同。结果，电流脉冲的持续时间增加，并且特别是在下降时，其陡度降低。

上图。图 1 显示了 UPS 晶体管的基极（图 a 和 b）及其集电极（c 和 d）的电流形状。从图中可以看出，在电流IK1减小的过程中，电流IK2增大，这就导致了直通电流的出现。在图c和d中，虚线表示开关晶体管集电极的电流脉冲的前沿和下降处的直通电流。

开关电源的主发生器

消除直通电流的根本方法是在主振荡器 (CG) 中形成与曲折不同并具有停顿 (tp) 的脉冲，其持续时间在第一个近似中为 tp = toff - ton。然而，实际上，即使对于两个相同的晶体管，导通和关断时间也是不同的。它取决于主电源的电压、结点的温度、集电极电流等。因此，暂停的持续时间必须大于规定值，并且最好是可调的。

本文的目的是提供在 ZG 中生成适合 UPS 控制的脉冲的最简单方法。它包含不同复杂度的 CG 方案，提供固定和可调的暂停持续时间。

该装置的原理图如图所示。 2 允许您生成具有可调节暂停的脉冲序列。时钟发生器组装在元件DD1.1-DD1.3上。它产生脉冲，其频率是开关晶体管开关频率的两倍（图 3，图 a）。微分电路C2R2产生短的高电平触发脉冲，控制元件DD2.1、DD2.2上的暂停持续时间发生器的操作（图3，图b）。

开关电源的主发生器

脉冲从整形器的输出馈送到元件 DD2.3、DD2.4 和触发器 DD3.1 的输入，这些元件充当脉冲分配器。在 CG 的输出端（图 e、f），形成脉冲序列，彼此相对移位 180°，并具有持续时间 tp 的暂停。 CG 输出端的脉冲频率比时钟发生器输出端的脉冲频率低两倍。暂停的持续时间由可变电阻器R3调节。

有时需要接收带有暂停的低电平脉冲来控制 UPS。在这种情况下，如图所示。将K2LE2.1芯片的2.2个元件DD561、DD5替换为K561LS2芯片的2.3个元件，并且根据2.4OR电路包括AND-OR元件来代替元件DD2、DD9。为此，只需向 K14LS561 微电路的引脚 2 和 XNUMX 施加高电平电压即可。

如果需要增加脉冲的功率及其上升和下降的陡度，则ZG的输出级应使用TTL和TTLSH微电路。上图。图4显示了TTLSH微电路上的ZG的图。

（点击放大）

该器件可对 UPS 的输出电压进行脉宽调节。 PWM节点组装在元件DD2.1、VT1、VT2、R3、C3、R5、R6上。电压图如图所示。 5. 这里： Unop - 元件 DD1.4 和 DD2.1 的阈值开关电压； tpf - 固定暂停持续时间；

tp - 可调整的暂停时间；

tir——可调脉冲持续时间； t 和 max、t 和 min - 最大和最小脉冲持续时间。

开关电源的主发生器

脉冲持续时间控制间隔为 0,2 µs 至 18 µs（输出脉冲频率为 25 kHz）。通过改变晶体管VT1基极的电压来调节脉冲的持续时间，VT5将电阻器R6与R3并联，从而改变微分电路C6R7的时间常数。电阻器 R2.1 提供磁滞并防止元件 DDXNUMX 自激。 Uynp 引脚可以接收来自 UPS 输出电压调节器的反馈信号。

建立 ZG 时，电阻器 R2 设置暂停的持续时间，电阻器 R5 设置生成脉冲的最小持续时间 (tn min)（图 k）。

应该注意的是，在 UPS 中使用 PWM 受到以下事实的限制：随着脉冲持续时间的减少小于 t 和 max/2，UPS 的效率急剧下降，因为大多数时候开关晶体管都处于工作状态。处于不饱和状态。因此，使用具有SHI输出电压稳定功能的UPS仅限于最小负载，通常不低于标称值的10%。

令人感兴趣的是 ZG（图 6），它允许您使用计数器 K561IE8 (K561IE9) 设置暂停的持续时间，而无需时间设置微分电路。

通过在 ZG 25 kHz 输出信号频率表中所示的限制内改变时钟发生器的频率和计数器分频比，可以离散地设置暂停持续时间。该表显示脉冲持续时间等于时钟发生器的周期。

开关电源的主发生器

ZG 使用具有带输出解码器的十进制计数器的 CMOS 微电路，但这并不排除使用带输出解码器的 TTL 和 TTLSH 微电路。通过将反馈电路（图 6 中的 e 点）连接到计数器的输入 R 并将输出连接到脉冲分配器（e 点）[2]，可以改变分频比。通过改变R1C1电路的参数来调节时钟发生器的频率。

时钟发生器频率，kHz（周期，ms）	除法系数	暂停持续时间，微秒	使用的计数器输出 K561IE8（输出）
500（2）	10	2	0（3）
450（2,2）	9	2,2	8（9）
400（2,5）	8	2,5	7（6）
350（2,9）	7	2,9	6（5）
300（3,3）	6	3,3	5（1）
250（4）	5	4	4（10）
200（5）	4	5	3（7）
150（6,6）	3	6,6	2（4）
100（10）	2	10	1（2）

除此之外，该设备与上述设备没有区别。电路各点的电压图如图 7 所示。 25 表示 MO 输出脉冲频率为 4 kHz，分频系数为 5 时暂停持续时间为 XNUMX μs。

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原则上，在所有考虑的 CG 中（除了具有离散可变暂停持续时间的 CG，图 6），可以应用 PWM 控制将反馈信号从 UPS 输出引入到暂停控制单元，从而提供最小和最大脉冲持续时间的相应限制。

对于通过反馈电路将 UPS 输出电压与一次电压源进行电流隔离，比较器与光耦结合使用是最方便、最简单的，也是最简单、最便宜的方式。

然而，使用PWM会导致输出端直流电路中的滤波器变得复杂，有时会抵消重量和尺寸以及经济指标，特别是在UPS功率较低和输出电压纹波要求较低的情况下。

文学

Kolganov A. 强大的 UMZCH 的开关电源。 - 电台，2000 年，第 2 期，第 36-38 页。
Biryukov SA TTL和CMOS系列数字电路的应用。 -DMK，1999 年。

作者：V.Kozelsky

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