分析調節(jié)PWM轉換器最大占空比方案

標簽：脈沖寬度調制 電源 PWM控制器

脈沖寬度調制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。PWM控制技術以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。由于當今科學技術的發(fā)展已經沒有了學科之間的界限，結合現(xiàn)代控制理論思想或實現(xiàn)無諧振軟開關技術將會成為PWM控制技術發(fā)展的主要方向之一……在電壓模式控制下，脈寬比較器利用斜坡電壓設置脈寬。此外，在電流模式控制下，斜坡電壓的一部分可以添加到電流斜坡，以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常，當轉換器對斜坡電壓放電時(下降或關閉時間)，將切斷電源開關。通過控制下降時間，可以調節(jié)轉換器的最大占空比。

PWM 控制器 UCC38C42產品說明書指出標準的放電電流為 8.4 mA。假設需要 200 kHz 的工作頻率，最大脈沖寬度為 75%?？梢杂嬎愠鐾ㄟ^放電晶體管的總放電量為10.5nC。該 IC 對電容器充電的方法是利用一個電阻連接參考電壓 (Vref) 與 IC 時間電容器 (Ct) 引腳。因此，在整

個切換周期內，Vref 到 Ct 引腳之間都會有電流通過。該電流大小與Ct 引腳電壓和電阻 Rt 的值相關。從產品說明書上還可以知道 Ct 引腳上的電壓將發(fā)生 1.9V 變化。盡管該變化不是完全線性的，因為 Rt 上發(fā)生的電壓變化僅為電源電壓的 40%，并將從接近地電平開始并放電至接近地電平。

隨著電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調變化?？梢酝ㄟ^調整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。

圖 1 中正斜率斜線表示電容器的充電電壓。斜線以下的區(qū)域表示 75% 循環(huán)時間內電容器的累計充電量。由于電壓呈直線下降，放電時通過電阻的電流與相應電壓在充電時通過電阻的電流保持一致。因此，放電時通過 Rt 的累計電流電量是充電時 Ct 充電電量的三分之一。

通過內部放電晶體管的總電量為放電啟動時電容器的充電電量，加上電容器放電時通過 Rt 的電流電量?？偟碾娏渴请娙萜鞯姆逯惦娏考由想娙萜鞣烹姇r通過電阻的電量的 1/3，也就是電容器的峰值電量的11/3，原因是放電斜坡也是一條直線。由此可看出，充電電流與放電電流非常相似。因此，由于充電占了3/4的時間，而放電占了1/4的時間，故放電時的累計電量應該是充電時的1/3。

基于這點，我們可以確定Ct的值。我們知道電容器發(fā)生的電壓變化為1.9V，我們還知道在峰值電壓時，電容器充電電量的變化為10.5nC*(3/4)= 7.875nC。因此，電容器電容為 7.875 nC/1.9 V=4.145 nF。有了電容值，我們現(xiàn)在就可以得到電阻值了。電壓源為5V，并根據(jù)方程：

我們根據(jù)兩個已知的電壓：V值 的變化量為1.9V和5.0V 的 Vref ，以及 3.75ms的時間，得出Rt為：

。結果為Rt =1.893 kΩ。在仿真器中對該分析的結果進行了測試，圖2顯示了電容器的電壓，兩條線的斜率非常接近線性。通過電阻的電流波形顯示了結果很類似的鏡像。

陡升的波形相當于對電容器的放電，而緩降的電流波形表示對電容器充電。下一步將檢查容差的影響。高低轉折點電壓變化都很小。較高的轉折點電壓會造成更長的充放電時間。同樣，較低的轉折點電壓會造成頻率上升，因為Ct電壓可以更快地到達較低電壓轉折點。