基于UC3846間接電流型控制直流變換器研究

本文分析研究了基于電感或變壓器繞組電壓積分的間接電流型控制技術(shù)，通過對電感或變壓器繞組的電壓積分，可以將交變的脈沖波積分成三角波，該只角波能表征開關(guān)電流的變化規(guī)律，因此可以作為PWM的三角載波，從而實現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié)。文中以推挽正激變換器拓撲為例，對其進行了原理實驗研究。

1.間接電流型控制技術(shù)

傳統(tǒng)的電流型控制基于采樣電感電流，把它作為三角載波信號，實現(xiàn)電流反饋控制。間接電流型控制不需通過電阻取樣或者霍爾元件采樣電流，而是通過對電感的電壓積分重構(gòu)電感電流，實現(xiàn)電流的間接取樣。這樣不僅可以避免因采樣電阻產(chǎn)生的損耗和雜波信號過大，使電路發(fā)生紊亂，而且無需采用體積較大的互感器，使電流型控制方案的實現(xiàn)更加簡單。更重要的是，引人了電壓積分的反饋使系統(tǒng)的性能具有明顯的優(yōu)點，它能跟隨輸人電壓與輸出電壓的變化而變化。

以Boost變換器為例，分析電壓積分如何實現(xiàn)電流型控制技術(shù)。設(shè)定Boost電路工作的連續(xù)狀態(tài)下。其原理如圖1所示。

圖1中，uL是升壓電感副邊線圈兩端交變的電壓(為分析簡便，設(shè)原、副邊線圈匝比為1)，在開關(guān)管VF導(dǎo)通和截止時，uL分別為Ui和Ui-Uo。輸出給積分器得到的三角波為：

實際上升壓電感L上的電壓分別為Ui和Ui-Uo時，電感電流iL的交流分量變化如下：

顯然，2、3式子可以看出，uS與電感電流iL中的交變分量成比例，而且變化規(guī)律也是一致的。因此實際上可以表征電感電流。而且uS的上升和下降斜率還與輸入和輸出電壓有關(guān)，當(dāng)輸入電壓Ui或輸出電壓Uo變化時，將直接引起uS斜率的變化，使驅(qū)動脈沖信號的關(guān)斷時刻發(fā)生變化，從而起的調(diào)節(jié)占空比的作用。

從圖2中可以看出，RS觸發(fā)器的S端為高電平，開關(guān)管開通，升壓電感電壓為Ui。當(dāng)輸入電壓Ui變小時，積分波形uS的斜率變小，與基準(zhǔn)電壓的交截點后移，PWM比較器輸出波形，也就是使RS觸發(fā)器的R端延遲觸發(fā)，從而使占空比變大，保持輸出電壓不變。

上述是通過升壓電感的電壓積分重構(gòu)電感電流。同樣，可以推演到帶有隔離電壓器的變換器電路拓撲中，利用變壓器原邊繞組獲得交變的脈沖波，積分后仍然能得到三角波。從而實現(xiàn)電感電流的取樣。

下面以推挽正激式電路為例說明通過對變壓器繞組上的交變電壓積分以獲得電感電流。其原理如圖3所示。

2.基于UC3846芯片的間接電流型控制

3.設(shè)計實例

作為驗證電壓積分的間接電流型控制技術(shù)，本文采用推挽正激變換器拓撲。輸入電壓為18-32Vdc，輸出電壓為190Vdc的原理樣機。開關(guān)頻率為80kHz;輸出功率1kW;電流型控制芯片UC3846。圖8-圖11所示為試驗波形。

4.結(jié)語

基于電壓積分的間接電流型控制比傳統(tǒng)的峰值電流控制和平均電流型控制技術(shù)在噪聲敏感性和動態(tài)范圍上有較大的優(yōu)勢。這種方法解決了系統(tǒng)靜態(tài)精度與穩(wěn)定性間的矛盾，使系統(tǒng)具有快速的動態(tài)響應(yīng)和高的靜態(tài)精度。其主要優(yōu)點是：

(1)電感電壓屬于大信號波形，覆蓋變換器的輸入電壓的全范圍，與1%的單位電阻傳感器相比，信號大約高達40dB。

(2)因為取樣是基于電壓而不是電流，所以信號的幅值與直流電流的幅值和負載有關(guān)。

(3)積分過程本身抗噪聲能力強，因此該方法具有固有的抗噪聲能力。