開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。開關(guān)電源(Switched Mode Power Supply，SMPS)是一種由占空比控制的開關(guān)電路構(gòu)成的電能變換裝置。開關(guān)電源的核心為電力電子開關(guān)電路，根據(jù)負(fù)載對電源提出的輸出電壓或穩(wěn)流特性的要求，利用反饋控制電路，采用占空比控制的方法，對開關(guān)電路進(jìn)行控制。隨著控制技術(shù)和元器件技術(shù)的不斷發(fā)展，開關(guān)電源的各方面的性能都在不斷提高，容量也在不斷擴(kuò)大。
控制和保護(hù)電路主要處理信號，屬于“弱電”電路，但它控制著主電路中的開關(guān)器件，一旦出現(xiàn)失誤，將造成嚴(yán)重的后果，使電源停止工作或損壞。電源的很多指標(biāo)，如穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、紋波、輸出特性等也與控制電路相關(guān)。因此，控制電路的設(shè)計(jì)質(zhì)量對電源的性能至關(guān)重要。本文介紹了集成脈沖寬度調(diào)制方式(PWM)控制器(MB3759)的構(gòu)成與原理，詳細(xì)分析了以MB3759控制器構(gòu)成的開關(guān)電源的控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，對開關(guān)電源的設(shè)計(jì)具有一定的價(jià)值。
1 集成PWM控制器(MB3759)的構(gòu)成與原理
1．1 PWM控制器(MB3759)的構(gòu)成
PWM控制電路的作用是將在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的模擬量信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)頻率固定、占空比跟隨輸入信號連續(xù)變化的PWM信號。開關(guān)電源PWM控制集成芯片采用型號為MB3759(FUJITSU公司)，采用固定頻率的PWM控制方式，其MB3759芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示，內(nèi)部電路主要由高頻振蕩器、PWM比較器、基準(zhǔn)電壓源、誤差電壓放大器、驅(qū)動(dòng)電路和封鎖電路等組成。控制芯片內(nèi)部有2個(gè)電壓比較器，管腳1、2和15、16是電壓比較器正負(fù)輸入端子，管腳3是電壓比較器統(tǒng)一輸出端。同時(shí)誤差放大器的輸出也可開放給用戶，用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成PI控制器。管腳5、6可接振蕩電容和電阻，振蕩器的振動(dòng)頻率由外接電阻和電容決定，根據(jù)電路頻率而調(diào)節(jié)容值和阻值。管腳8為觸發(fā)脈沖輸出口，采用電流圖騰輸出，使得芯片可以直接驅(qū)動(dòng)功率不大的開關(guān)管。T觸發(fā)器的作用是將輸出進(jìn)行分頻，得到占空比為50％的頻率為振蕩器頻率的l／2的方波，將T觸發(fā)器輸出的這樣兩路互補(bǔ)的方波同比較器輸出PWM信號進(jìn)行“或非”運(yùn)算，就可以得到兩路互補(bǔ)的占空比為O～50％的PWM信號，考慮死區(qū)時(shí)間的存在，最大占空比通常為45％～47．5％。管腳13為封鎖控制，管腳14為參考電壓，管腳12為工作電壓，管腳4為死區(qū)控制端，一旦高電平輸入，芯片輸出脈沖被封鎖，直流電壓輸出為零。
1．2 PWM控制器(MB3759)的工作原理
PWM控制器(MB3759)的反饋通道由電壓誤差放大器EA、PWM比較器和鎖存器及驅(qū)動(dòng)電路組成。管腳1作為直流輸出電壓的反饋信號，管腳2與芯片輸出的參考電壓相連，作為誤差放大器的參考輸入，管腳3輸入主電路的電壓反饋。
受時(shí)鐘脈沖觸發(fā)，功率管開通，電感(功率管)電流上升到由EA輸出決定的門限值時(shí)，PWM比較器翻轉(zhuǎn)，鎖存器復(fù)位，驅(qū)動(dòng)脈沖關(guān)斷功率管，電感電流下降，直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來，鎖存器置位，開關(guān)管重新開通。輸入電壓變化時(shí)，電感電流的上升斜率變化，輸出占空比改變以抑制輸入電壓的變化，這是一個(gè)前饋調(diào)節(jié)過程，響應(yīng)極快；負(fù)載擾動(dòng)則是通過EA改變電流門限值進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
2 電路分析
2．1 驅(qū)動(dòng)電路
驅(qū)動(dòng)電路是控制電路與主電路的接口，同開關(guān)電源的可靠性、效率等性能密切相關(guān)。驅(qū)動(dòng)電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅(qū)動(dòng)功率，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲能力。
驅(qū)動(dòng)信號施加在開關(guān)器件的柵極一源極(MOSFET)間，在全橋電路中，不同開關(guān)器件的源極問的電位差很大，而且在高速變化，因此，驅(qū)動(dòng)電路還要具備隔離功能。該開關(guān)電源采用變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路，如圖3所示，該電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低，隔離電壓能達(dá)到很高，傳輸延時(shí)很小，而且無需附加電源。
2．2 保護(hù)電路
為使單片開關(guān)電源長期穩(wěn)定、安全可靠地工作，其控制電路中應(yīng)包含保護(hù)電路，避免因電路出現(xiàn)故障、使用不當(dāng)或環(huán)境條件發(fā)生變化而損壞開關(guān)電源。該開關(guān)電源保護(hù)電路主要包括輸出過電壓、輸出欠電壓和過流保護(hù)。
開關(guān)電源內(nèi)部控制電壓是由S2與T3等元器件組成輔助開關(guān)電源供給，T3副邊有二組線圈，一組通過D16、C30等元件整流濾波輸出控制電壓(VCC)，一組通過D17、C32等元件整流濾波作為欠電壓檢測信號。
開關(guān)電源的輸出過電壓、輸出欠電壓保護(hù)電路的構(gòu)成如圖4所示，該開關(guān)電源保護(hù)電路工作原理：欠壓保護(hù)電路由17902／2和17902／4等元器件組成，過壓保護(hù)電路由S103、D14等元器件組成，由17902／l和1790l／1等元器件組成過電流保護(hù)回路。欠壓、過壓、過電流故障信號通過D103等元件控制PWM芯片死區(qū)時(shí)間管腳4達(dá)到保護(hù)目的，從而芯片停止工作，無法正常輸出脈沖，電壓輸出為零。開關(guān)電源的保護(hù)電路的作用是一旦出現(xiàn)輸出過電壓、輸出欠電壓等非正常使用的情況，立即使開關(guān)電路停止工作。
3 電源性能測試
3．1 電壓調(diào)整率
輸入電網(wǎng)電壓由額定值A(chǔ)C 110V變化±10％時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出電壓24V波動(dòng)率為0．8％，達(dá)到C級的要求。
3．2 負(fù)載調(diào)整率
在額定電網(wǎng)電壓下，當(dāng)輸出電壓24V負(fù)載電流在O～3．9A之間波動(dòng)的電源輸出值，24V波動(dòng)率為3．3％。
3．3 紋波電壓
在額定輸出電壓和負(fù)載電流下，輸出電壓的紋波(包括噪聲)的峰一峰值為1．4％，
4 結(jié)語
目前，開關(guān)電源領(lǐng)域的各項(xiàng)新技術(shù)正引起普遍關(guān)注，各種技術(shù)不斷涌現(xiàn)。該開關(guān)電源盡量采用在工業(yè)環(huán)境下具有高可靠性的常用集成電路及功率模塊，利用反饋控制電路，采用占空比控制的方法，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電路進(jìn)行控制。開關(guān)電源的這一技術(shù)特點(diǎn)使其具有體積小、重量輕、抗干擾性能強(qiáng)，輸出電壓穩(wěn)定，電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，性價(jià)比高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。