CN104506072B - 一种基于pwm控制器的移相全桥峰值电流控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，增加了由斜率产生电路和斜率补偿控制电路组成的斜率补偿及控制电路，通过斜率产生电路在电流波形的上升沿添加一个斜坡信号，增大了上升沿的斜率，使电流波形上升沿斜率大于下降沿斜率，干扰信号经过此电路后最终收敛，使此拓扑能正常工作；而斜率补偿控制电路是在峰值电流控制电路的基础上，增加了与门电路，保证了在桥臂有输出时添加一个三角波作为斜率补偿信号，增大了电流采样信号的斜率；在对角桥臂无输出时锁死补偿信号，避免斜坡信号的加入对占空比调制电路产生干扰。

Description

一种基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路

技术领域

本发明涉及一种基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路。

背景技术

移相全桥是一种比较理想的电力电子变换拓扑，被广泛的应用在各种大功率整流、逆变装置中，其控制方式有：峰值电流控制及电压控制模式。其中电压控制方式对电流变化的响应不敏感，响应速度慢；相对于电压控制技术，功率变换电路在峰值电流控制模式下，可以逐波限流，对输出进行较为灵敏的调节，具有优越的负载调整特性和抗输入扰动能力，动态响应快、调节性能好、易于实现限流和过流保护、能有效抑制变压器偏磁引起的饱和问题及易于均流等优点，在移相全桥电路中得到广泛应用。但当峰值电流控制工作在CCM模式并且占空比D>0.5时，特别是现场电磁环境较复杂时，会引起系统开环不稳定、次谐波振荡及由此引发的抗噪声性能差等问题，尤其当电感中的纹波电流成分很小时，这种情况更为严重，为此，必须在这类变换器中引入斜率补偿，否则电路无法正常工作。

采用模拟控制芯片UCC3895的控制电路如图1所示：其相当于电流采样信号RAMP和EO电平比较，当电流采样信号达到EO设定的基准电平时，控制芯片产生超前臂的关断信号。经过一个死区时间，芯片输出超前臂另一路驱动信号。每当CT达到2.35V时，关断对应的滞后臂信号，周而复始。因此占空比调制电路的关键是超前臂的关断信号，其可以简化为图2。这种电路易受干扰，且占空比大于50％时控制电路对干扰信号具有放大作用，使电流波形产生震荡，从而使电路拓扑不能正常工作。

斜率补偿是指在检测到的电流反馈信号上叠加一个固定斜坡的信号，一般有2种实现方式，一是直接在误差信号上叠加补偿信号；二是对峰值电流信号叠加补偿信号。就实现方式来说，后者更为方便。目前常规的斜率补偿通常由阻容电路、射极跟随器组成，虽然电路简单易实现，但易反作用于振荡器片内参数，影响系统频率，会造成振荡频率漂移，并随着补偿的深度频率漂移越大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，以解决现有斜率补偿电路易造成振荡频率漂移的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，包括PWM控制器，所述PWM控制器的PWM比较器的反相输入端RAMP管脚上连接有斜率补偿及控制电路，所述斜率补偿及控制电路包括斜率产生电路和斜率补偿控制电路；斜率产生电路包括振荡三角波端CT管脚连接的运算放大器U1，该运算放大器的同相输入端用于与CT管脚连接，其反相输入端与其输出端连接，且输出端用于与RAMP管脚相连接；所述斜率补偿控制电路包括PWM控制器的两组对角桥臂开关管驱动端OUTA～OUTD管脚上对应反向连接的二极管D1～D4和比较器U2，D1～D4的正极均用于连接在U2的同相输入端，且每组对角桥臂开关管驱动端对应的两个二极管的正极用于通过一个对应的电阻与直流电源连接；U2的反相输入端用于通过由电阻R3和R4构成的分压电路与直流电源连接；U2的输出端与RAMP管脚相连接。

所述CT管脚与运算放大器U1的同相输入端连接有电容C1和电阻R1组成的并联滤波电路。

所述运算放大器U1的输出端与RAMP管脚之间连接有电阻R2。

比较器U2的同相输入端分别通过二极管D5、D6和用于与直流电源连接的对应电阻相连。

所述分压电路的分压电阻R4上并联有接地电容C2。

所述PWM控制器的RAMP管脚与基准电压端REF管脚之间连接有电阻R21。

比较器U2的同相输入端旁接有一个电阻R7。

本发明基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路增加了由斜率产生电路和斜率补偿控制电路组成的斜率补偿及控制电路，通过斜率产生电路在电流波形的上升沿添加一个斜坡信号，增大了上升沿的斜率，使电流波形上升沿斜率大于下降沿斜率，干扰信号经过此电路后最终收敛，使此拓扑能正常工作；而斜率补偿控制电路是在峰值电流控制电路的基础上，增加了与门电路(对角桥臂公共占空比提取电路)，保证了在桥臂有输出时添加一个三角波作为斜率补偿信号，增大了电流采样信号的斜率；在对角桥臂无输出时锁死补偿信号，避免斜坡信号的加入对占空比调制电路产生干扰。

除了加入了三角波作为补偿信号外，还加入了一个直流电平，这个直流电平的加入可以消除空载及轻载情况下芯片输出的驱动不对称的情况。

附图说明

图1为PWM控制器UCC3895的控制电路；

图2为图1控制原理简化图；

图3为本发明PWM控制器斜率补偿及控制电路原理图；

图4为PWM控制器RAMP端连接图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图3所示为本发明PWM控制器斜率补偿及控制电路实施例原理图，由图可知，该电路包括PWM控制器，PWM控制器的PWM比较器的反相输入端RAMP管脚上连接有斜率补偿及控制电路，该斜率补偿及控制电路包括斜率产生电路和斜率补偿控制电路；斜率产生电路包括振荡三角波端CT管脚连接的运算放大器U1，该运算放大器的同相输入端用于与CT管脚连接，其反相输入端与其输出端连接，且输出端用于与RAMP管脚相连接；斜率补偿控制电路包括PWM控制器的两组对角桥臂开关管驱动端OUTA～OUTD管脚上对应反向连接的二极管D1～D4和比较器U2，D1～D4的正极均用于连接在U2的同相输入端，且每组对角桥臂开关管驱动端对应的两个二极管的正极用于通过一个对应的电阻与12V直流电源连接；U2的反相输入端用于通过由电阻R3和R4构成的分压电路与12V直流电源连接；U2的输出端与RAMP管脚相连接。

本实施例的CT管脚与运算放大器U1的同相输入端连接有电容C1和电阻R1组成的并联滤波电路；U1的输出端与RAMP管脚之间连接有电阻R2。

两组对角桥臂开关管驱动端OUTA～OUTD分成两组，一组OUTA通过D1和OUTD通过D4连接于连接点a处，a点通过电阻R5与12V直流电源相连；第二组OUTB通过D2和OUTC通过D3连接于连接点b处，b点通过电阻R6与12V直流电源相连；a点连接二极管D5的正极与比较器的正相输入端相连；b点连接二极管D6的正极与比较器的正相输入端相连。

U2的反相输入端上连接的分压电路的分压电阻R4上并联有接地电容C2；U2的同相输入端旁接有一个电阻R7。

本发明的工作原理和过程如下：由于移相全桥电路是通过调节对角桥臂导通重叠时间来调节输出电压的，所以只有在对角桥臂同时导通时，变压器原边电流上升，当输出电压高，负载电流大时，引入斜率补偿，采样电流Is叠加斜率补偿送到控制芯片RAMP脚，在此主要说明斜率补偿产生的原理，与此相关的背景技术就不在此赘述。控制输出振荡三角波CT通过电容C1连接到运算放大器正相输入端，电容C1的作用为滤除CT中的直流分量，而电阻R1为运算放大器提供合适的工作状态。运算放大器的连接方式为电压跟随，目的为了调高输出的带载能力，作为补偿通过电阻R2接到RAMP管脚。

如图3所示，PWM控制器芯片输出4路驱动，用来开关逆变桥的四个开关管。A、D是一组对角桥臂，B、C是一组对角桥臂，CT为三角波信号。当OUTA和OUTD、OUTB和OUTC任意一组同时导通(高电平)时，12V直流电压通过电阻R5和二极管D5或12V直流电压通过电阻R6和二极管D6连在比较器U2的正相输入端，原边电流波形线性上升，此时U2的同相输入端为高电平，此电平高于经过电阻分压后的U2的反相输入端电平，U2输出端为高电平。三角波CT经过U1和电阻R2加入到控制器UCC3895的RAMP脚，此三角波即为要加入的斜坡信号，此信号和原边电流采样信号Is叠加，增大了原边电流采样信号上升沿的斜率，消除了当占空比大于50％时系统出现的震荡现象。叠加后的信号和EO信号比较，产生超前臂的关断信号。同样可分析，只要一组对角桥臂不同时为高电平，比较器U2输出端输出为低，变压器原边电流下降，不需要补偿，通过斜率补偿控制电路实现在峰值电流控制下的斜率补偿。

另外，一般的PWM控制集成芯片脉宽调制的输入端是三极管的基极，只有击穿了这个PN结，这个信号才能被识别。当负载较轻时，RAMP管脚的信号电平较低，这个电平不能被识别，这个时候UCC3985表现出C、D两路驱动不对称的情况。为解决该问题，在PWM控制器的RAMP管脚与基准电压端REF管脚之间连接一个电阻R21，通过该电阻引入一个直流电平可以有效的消除这种现象。

本发明的控制电路能够在开关管导通时，自动的采集电流信号，并在此基础上添加一个斜坡信号，参与驱动信号的调制；当开关管关断时，自动的锁死斜率补偿信号，从而实现了对主电路的控制，避免了参考电平轻微的波动引起的电路震荡，使主电路能够稳定可靠地工作。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，其特征在于：包括PWM控制器，所述PWM控制器的PWM比较器的反相输入端RAMP管脚上连接有斜率补偿及控制电路，所述斜率补偿及控制电路包括斜率产生电路和斜率补偿控制电路；斜率产生电路包括振荡三角波端CT管脚连接的运算放大器U1，该运算放大器的同相输入端用于与CT管脚连接，其反相输入端与其输出端连接，且输出端用于与RAMP管脚相连接；所述斜率补偿控制电路包括PWM控制器的两组对角桥臂开关管驱动端OUTA～OUTD管脚上对应反向连接的二极管D1～D4和比较器U2，D1～D4的正极均用于连接在U2的同相输入端，且每组对角桥臂开关管驱动端对应的两个二极管的正极用于通过一个对应的电阻与直流电源连接；U2的反相输入端用于通过由电阻R3和R4构成的分压电路与直流电源连接；U2的输出端与RAMP管脚相连接。

2.根据权利要求1所述的基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，其特征在于：所述CT管脚与运算放大器U1的同相输入端之间连接有电容C1和电阻R1组成的并联滤波电路。

3.根据权利要求1所述的基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，其特征在于：所述运算放大器U1的输出端与RAMP管脚之间连接有电阻R2。

4.根据权利要求1所述的基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，其特征在于：比较器U2的同相输入端分别通过二极管D5、D6和用于与直流电源连接的对应电阻相连。

5.根据权利要求1所述的基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，其特征在于：所述分压电路的分压电阻R4上并联有接地电容C2。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，其特征在于：所述PWM控制器的RAMP管脚与基准电压端REF管脚之间连接有电阻R21。

7.根据权利要求6所述的基于PWM控制器的移相全桥峰值电流控制电路，其特征在于：比较器U2的同相输入端旁接有一个电阻R7。