開關電源被譽為高效節(jié)能電源,，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向,。開關電源(Switched Mode Power Supply，SMPS)是一種由占空比控制的開關電路構成的電能變換裝置,。開關電源的核心為電力電子開關電路,，根據(jù)負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,，對開關電路進行控制,。隨著控制技術和元器件技術的不斷發(fā)展，開關電源的各方面的性能都在不斷提高,，容量也在不斷擴大,。
控制和保護電路主要處理信號，屬于“弱電”電路,，但它控制著主電路中的開關器件,，一旦出現(xiàn)失誤，將造成嚴重的后果,，使電源停止工作或損壞,。電源的很多指標，如穩(wěn)壓穩(wěn)流精度,、紋波,、輸出特性等也與控制電路相關。因此,，控制電路的設計質(zhì)量對電源的性能至關重要,。本文介紹了集成脈沖寬度調(diào)制方式(PWM)控制器(MB3759)的構成與原理，詳細分析了以MB3759控制器構成的開關電源的控制電路,、驅動電路和保護電路,，對開關電源的設計具有一定的價值。
1 集成PWM控制器(MB3759)的構成與原理
1．1 PWM控制器(MB3759)的構成
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換為開關頻率固定,、占空比跟隨輸入信號連續(xù)變化的PWM信號,。開關電源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)部結構框圖如圖l所示,，內(nèi)部電路主要由高頻振蕩器、PWM比較器,、基準電壓源,、誤差電壓放大器,、驅動電路和封鎖電路等組成,。控制芯片內(nèi)部有2個電壓比較器,，管腳1,、2和15、16是電壓比較器正負輸入端子,，管腳3是電壓比較器統(tǒng)一輸出端,。同時誤差放大器的輸出也可開放給用戶，用戶可以根據(jù)需要設計成PI控制器,。管腳5,、6可接振蕩電容和電阻,，振蕩器的振動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動功率不大的開關管,。T觸發(fā)器的作用是將輸出進行分頻,，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的方波同比較器輸出PWM信號進行“或非”運算,，就可以得到兩路互補的占空比為O～50％的PWM信號,，考慮死區(qū)時間的存在，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動電路組成,。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,，PWM比較器翻轉，鎖存器復位,，驅動脈沖關斷功率管,，電感電流下降，直到下一個時鐘脈沖到來,，鎖存器置位,，開關管重新開通。輸入電壓變化時,，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，這是一個前饋調(diào)節(jié)過程,，響應極快,；負載擾動則是通過EA改變電流門限值進行調(diào)節(jié)的,。
2 電路分析
2．1 驅動電路
驅動電路是控制電路與主電路的接口，同開關電源的可靠性,、效率等性能密切相關,。驅動電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅動功率,，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲能力,。
驅動信號施加在開關器件的柵極一源極(MOSFET)間，在全橋電路中,，不同開關器件的源極問的電位差很大,，而且在高速變化，因此,，驅動電路還要具備隔離功能,。該開關電源采用變壓器隔離驅動電路，如圖3所示,，該電路結構簡單,、成本低，隔離電壓能達到很高,，傳輸延時很小,，而且無需附加電源。
2．2 保護電路
為使單片開關電源長期穩(wěn)定,、安全可靠地工作,，其控制電路中應包含保護電路，避免因電路出現(xiàn)故障,、使用不當或環(huán)境條件發(fā)生變化而損壞開關電源,。該開關電源保護電路主要包括輸出過電壓、輸出欠電壓和過流保護,。
開關電源內(nèi)部控制電壓是由S2與T3等元器件組成輔助開關電源供給,，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,。
開關電源的輸出過電壓,、輸出欠電壓保護電路的構成如圖4所示,，該開關電源保護電路工作原理：欠壓保護電路由17902／2和17902／4等元器件組成,，過壓保護電路由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)時間管腳4達到保護目的,，從而芯片停止工作,，無法正常輸出脈沖，電壓輸出為零,。開關電源的保護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AC 110V變化±10％時,，穩(wěn)壓電源輸出電壓24V波動率為0．8％，達到C級的要求,。
3．2 負載調(diào)整率
在額定電網(wǎng)電壓下,，當輸出電壓24V負載電流在O～3．9A之間波動的電源輸出值，24V波動率為3．3％,。
3．3 紋波電壓
在額定輸出電壓和負載電流下,，輸出電壓的紋波(包括噪聲)的峰一峰值為1．4％，
4 結語
目前,，開關電源領域的各項新技術正引起普遍關注,，各種技術不斷涌現(xiàn)。該開關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，實現(xiàn)對開關電路進行控制,。開關電源的這一技術特點使其具有體積小,、重量輕、抗干擾性能強,，輸出電壓穩(wěn)定,，電壓動態(tài)響應快，性價比高,，使用方便等優(yōu)點,。