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基于UC3846间接电流型控制直流变换器研究

时间:2018-01-25 来源:

本文分析研究了基于电感或变压器绕组电压积分的间接电流型控制技术,通过对电感或变压器绕组的电压积分,可以将交变的脉冲波积分成三角波,该只角波能表征开关电流的变化规律,因此可以作为PWM的三角载波,从而实现占空比的调节。文中以推挽正激变换器拓扑为例,对其进行了原理实验研究。

1.间接电流型控制技术

传统的电流型控制基于采样电感电流,把它作为三角载波信号,实现电流反馈控制。间接电流型控制不需通过电阻取样或者霍尔元件采样电流,而是通过对电感的电压积分重构电感电流,实现电流的间接取样。这样不仅可以避免因采样电阻产生的损耗和杂波信号过大,使电路发生紊乱,而且无需采用体积较大的互感器,使电流型控制方案的实现更加简单。更重要的是,引人了电压积分的反馈使系统的性能具有明显的优点,它能跟随输人电压与输出电压的变化而变化。

以Boost变换器为例,分析电压积分如何实现电流型控制技术。设定Boost电路工作的连续状态下。其原理如图1所示。

 

基于UC3846间接电流型控制直流变换器研究

 

图1中,uL是升压电感副边线圈两端交变的电压(为分析简便,设原、副边线圈匝比为1),在开关管VF导通和截止时,uL分别为Ui和Ui-Uo。输出给积分器得到的三角波为:

 

基于UC3846间接电流型控制直流变换器研究

 

实际上升压电感L上的电压分别为Ui和Ui-Uo时,电感电流iL的交流分量变化如下:

 

基于UC3846间接电流型控制直流变换器研究

 

显然,2、3式子可以看出,uS与电感电流iL中的交变分量成比例,而且变化规律也是一致的。因此实际上可以表征电感电流。而且uS的上升和下降斜率还与输入和输出电压有关,当输入电压Ui或输出电压Uo变化时,将直接引起uS斜率的变化,使驱动脉冲信号的关断时刻发生变化,从而起的调节占空比的作用。

从图2中可以看出,RS触发器的S端为高电平,开关管开通,升压电感电压为Ui。当输入电压Ui变小时,积分波形uS的斜率变小,与基准电压的交截点后移,PWM比较器输出波形,也就是使RS触发器的R端延迟触发,从而使占空比变大,保持输出电压不变。

上述是通过升压电感的电压积分重构电感电流。同样,可以推演到带有隔离电压器的变换器电路拓扑中,利用变压器原边绕组获得交变的脉冲波,积分后仍然能得到三角波。从而实现电感电流的取样。

下面以推挽正激式电路为例说明通过对变压器绕组上的交变电压积分以获得电感电流。其原理如图3所示。

 

基于UC3846间接电流型控制直流变换器研究

 

 

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2.基于UC3846芯片的间接电流型控制

 

基于UC3846间接电流型控制直流变换器研究

 

 

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基于UC3846间接电流型控制直流变换器研究

 

3.设计实例

作为验证电压积分的间接电流型控制技术,本文采用推挽正激变换器拓扑。输入电压为18-32Vdc,输出电压为190Vdc的原理样机。开关频率为80kHz;输出功率1kW;电流型控制芯片UC3846。图8-图11所示为试验波形。

 

基于UC3846间接电流型控制直流变换器研究

 

 

基于UC3846间接电流型控制直流变换器研究

 

4.结语

基于电压积分的间接电流型控制比传统的峰值电流控制和平均电流型控制技术在噪声敏感性和动态范围上有较大的优势。这种方法解决了系统静态精度与稳定性间的矛盾,使系统具有快速的动态响应和高的静态精度。其主要优点是:

(1)电感电压属于大信号波形,覆盖变换器的输入电压的全范围,与1%的单位电阻传感器相比,信号大约高达40dB。

(2)因为取样是基于电压而不是电流,所以信号的幅值与直流电流的幅值和负载有关。

(3)积分过程本身抗噪声能力强,因此该方法具有固有的抗噪声能力。

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