高壓大功率PS ZVS PWM DC/DC FB變換器數(shù)字式移相脈沖發(fā)生器

1　引言

　　由于需要設(shè)計(jì)的電源輸出電壓變化范圍大（0～5KV），而且輸出電流保持在3～6A之間可調(diào)；較為困難的在于PS ZVS PWM DC/DC FB變換器移相脈沖的產(chǎn)生，目前市場(chǎng)上有UC3875、UC3879等芯片用于實(shí)現(xiàn)移相PWM控制方式；但是，這類芯片多用于輸出固定電壓的變換器，并且變換器的輸出電壓較低，其控制方式為將輸出電壓反饋給芯片，芯片根據(jù)輸出電壓調(diào)節(jié)移相脈沖的移相角。如果使用這類芯片產(chǎn)生移相脈沖（例如UC3879），那么可能的方式是通過(guò)控制其反饋電壓輸入端的電壓來(lái)控制移相脈沖的移相角；不過(guò)這類芯片的缺陷在于其移相角度難于精確控制；而在保證輸出電流恒定的情況下，需要精確控制移相角，故本文設(shè)計(jì)了全數(shù)字式移相脈沖產(chǎn)生電路。


2　超前橋臂移相脈沖的產(chǎn)生電路

　　本文的移相脈沖產(chǎn)生電路主要由四個(gè)基本組成，每個(gè)基本單元負(fù)責(zé)產(chǎn)生一路觸發(fā)信號(hào)?；締卧娐芬?jiàn)圖1?；締卧蓴?shù)字比較器（74HC688）、鎖存器（74HC373）、計(jì)數(shù)器（4040）、GAL（GAL16V8）、D觸發(fā)器（74HC74）組成。計(jì)數(shù)器（4040）和GAL16V8組成計(jì)數(shù)溢出值為400的計(jì)數(shù)器，其輸入時(shí)鐘頻率為8MHz；之所以使用GAL16V8是為了調(diào)試時(shí)可靈活設(shè)定計(jì)數(shù)溢出值、邏輯關(guān)系可調(diào)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與鎖存器（74HC373）的輸出值（該值由80C196KC通過(guò)總線提供）作為數(shù)字比較器（74HC688）的輸入，當(dāng)二者相等輸出低電平信號(hào)，觸發(fā)D觸發(fā)器（74HC74）輸出翻轉(zhuǎn)。CPU通過(guò)DT50可控制計(jì)數(shù)器工作與否，通過(guò)DT10、DT11可對(duì)D觸發(fā)器置初值。圖1中GAL16V8的邏輯關(guān)系為：管腳2、5、12相與在和管腳14進(jìn)行或運(yùn)算，通過(guò)管腳13輸出；即計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿400時(shí)復(fù)位或CPU進(jìn)行強(qiáng)制復(fù)位。管腳12、2、5進(jìn)行與非運(yùn)算通過(guò)管腳15輸出；即計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿400時(shí)，禁止比較器工作，使其輸出1。管腳2、5、12進(jìn)行與非運(yùn)算在和管腳18進(jìn)行與運(yùn)算，通過(guò)管腳19輸出（GAL實(shí)現(xiàn)此關(guān)系為：）；即比較器輸出為0或計(jì)數(shù)器溢出，均產(chǎn)生由1到0的跳變，以使D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。管腳17為管腳16的非，用于CPU置比較器動(dòng)作的值。圖中QD1為IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

　　
　　實(shí)際上圖1為超前橋臂的上臂觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路，其下臂的觸發(fā)電路與其基本相同；只不過(guò)其不使用鎖存器（74HC373），而是與上臂的觸發(fā)電路共用DB1～DB8信號(hào)，即它們脈寬相等；為了實(shí)現(xiàn)上、下臂的交替導(dǎo)通以及防止直通所需的延遲，當(dāng)上臂觸發(fā)脈沖發(fā)生由1向0的跳變，下臂觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路要有一定的延遲，圖2的電路實(shí)現(xiàn)這種功能。其基本原理為CPU通過(guò)總線給U11（74HC373）置數(shù)（即延遲時(shí)間），當(dāng)該值當(dāng)該值與4040的計(jì)數(shù)值相等，比較器74HC688輸出0，

U7:B（D觸發(fā)器）輸出0，即CF2輸出0，CF2連接下臂觸發(fā)脈沖產(chǎn)生基本單元GAL16V8的14腳（圖3.1中DT50對(duì)應(yīng)的位置），以允許下臂觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路開(kāi)始工作。圖中QD1信號(hào)為上臂的觸發(fā)信

號(hào)，當(dāng)其為0時(shí)，計(jì)數(shù)器（4040）開(kāi)始工作以確定延遲時(shí)間。CPU通過(guò)DT31、DT30可給U7:B（D觸發(fā)器）預(yù)置初值，另外可通過(guò)DT40控制比較器（74HC688）工作與否。實(shí)際應(yīng)用中U7:B（D觸發(fā)器）預(yù)置1，其被觸發(fā)后一直輸出0，除非重新置數(shù)。


3　滯后橋臂移相脈沖的產(chǎn)生電路

　　滯后橋臂的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路基本結(jié)構(gòu)與超前橋臂的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路相同，可參見(jiàn)圖1和圖2。但是，為了實(shí)現(xiàn)滯后橋臂相對(duì)于超前橋臂的脈沖移相功能需要有延遲電路，圖3的電路完成此功能。CPU通過(guò)總線給U24（74HC373）置數(shù)以確定移相角的大小，比較器U26（74HC688）的信號(hào)YX1～YX8取自超前橋臂上臂觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路的計(jì)數(shù)器（圖1中4040的Q1～Q8），當(dāng)計(jì)數(shù)器（U26）的輸入相等即到達(dá)移相角輸出0，D觸發(fā)器U17:A翻轉(zhuǎn)輸出0，即ZHK為0，ZHK用于觸發(fā)滯后橋臂的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路開(kāi)始工作（ZHK的連接位置相當(dāng)于圖1的DT50）。由于U17:A的D端接地，一旦ZHK輸出0，除非通過(guò)T50強(qiáng)制置1，否則一直輸出為0。另外可通過(guò)DX7控制比較器的工作與否。


4　結(jié)語(yǔ)

　　以上給出了一種PS ZVS PWM DC/DC FB變換器移相脈沖的產(chǎn)生電路，該電路通過(guò)CPU對(duì)其控制可以靈活調(diào)節(jié)移相角度，改變觸發(fā)脈沖寬度等優(yōu)點(diǎn)，可以依照此電路的設(shè)計(jì)思想，用CPLD等復(fù)雜可編程邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。


參考文獻(xiàn)：

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