毕业设计100开关电源的应用 - 液晶显示器电源的设计

开关电源的应用——液晶显示器电源的设计

PWM控制器在其外部经缓冲后去驱动主电源开关晶体管。这一类型的电路可被用来驱动两支晶体管或是驱动单晶体管，在后一种情况下，输出可在片外进行“与”处理(直接相与)，或者只允许有一路用来作为驱动

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图2-2集成PWM控制电路和电路的相关波形

2.4脉宽调制下开关电源控制方式的选择

控制方法极其重要，如果选择不正确，会使电源工作不稳定而浪费宝贵的时间。设计者要知道各种控制方法之间细微的差别，总体上说，正激式拓扑用电压型控制器，升压式拓扑通常用电流型控制。但这不是一成不变的规则，因为每一种控制方法都可以用到各种拓扑中去，只是得到的结果不一样而已。

2.4.1电压型控制

电压型控制的最显著特点就是误差电压信号被输入到PWM比较器，与振荡器产生的三角波进行比较。电压误差信号升高或降低使输出信号的脉宽增大或减小。要识别是不是电压控制型IC，可以先找到RC振荡器，然后看产生的三角波是不是输入到比较器，并与误差电压信号进行比较。

电压型控制IC的过电流保护有两种形式，早期的方法是用平均电流反馈。在这种方法中，输出电流是通过负载上串联一个电阻来检测的，电流信号可以放大输入到补偿用电流误差放大器中。当电流放大器检测到输出电流接近原先设定的限制值时，就阻碍电压误

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差放大器的作用，从而把电流加以限制，以免电流继续增大。平均电流反馈作为电流保护有一个固有的缺点，就是响应速度很慢。当输出突然短路，会来不及保护功率开关，而且在磁性元件进入饱和状态时也无法检测。这些会导致在几个微秒内电流成指数上升而损坏功率开关。

第二种过电流保护方法是逐周过电流保护。这种方法可以保证功率开关工作在最大安全电流范围内。在功率开关管上串联一个电流检测器(电阻或电流互感器)，这样就可以检测流过功率开关管的瞬时电流。当这个电流超过原先设定的瞬时电流限制值时，就关断功率开关管。保护电路要求响应很快，以实现包括磁心饱和在内引起的各种瞬时过电流情况下对功率开关管进行保护。由于这种电流保护电路的保护限制值是固定的，而且也不会因其他参数改变而变化，所以不是一种电流型控制。

最后一种是“电压滞环”的电压控制，这种控制方法是非常基本的。在这种控制方法中，固定频率的振荡器只是在输出电压低于有电压反馈环给定的指令值时才转成“通”的状态。由于有时候功率开关管突然导通后又进入常态关的状态，所以有时把这种方法叫做“打隔型”(hiccup-model)。只有少数控制IC和集成开关电源IC用这种控制方法，这种方法会在输出电压上产生大小固定的纹波，纹波的频率与负载电流成比例。

2.4.2电流型控制

电流型控制方法是控制流过功率开关管的峰值(有时是最小)电流的漂移点来实现的，这也等效于磁心的磁通密度的偏移量。从本质上说，是调节磁心的一些磁参数来实现的。电流型控制最常见的方法是“定时开通”的方法，有固定频率的振荡器给触发器置位，有快速电流比较器给触发器复位。触发器状态为，\”时，功率开关管导通。电流比较器的阐值是由电压误差放大器的输出给定的，如果电压误差放大器显示输出电压太低时，电流门槛值就增大，使输出到负载的能量增加。反之也一样。电流型控制本身具有过电流保护功能，快速电流比较器实现对电流的逐周限制。这种保护也是一种恒功率过载保护方法。这种保护通过电流和电流反馈来维持供给负载的恒功率，但并不是在所有产品中用这种方法都是最适合的，特别是在典型的失效会引起失效电流增大的场合下。此外，电路可以设置其他过载保护方法。另外一种电流型控制方法叫做电流滞环控制，这种方法对电流峰值和谷值都进行控制。这种方法用在电流连续模式的Boost变换器中是比较好的。它的结构有点复杂，但它的响应速度很快。这种方法并不是常用的控制方法，其控制频率也是变化的。

电流控制模式与电压控制模式相比具有很多优越性。其工作原理图见图2-3(b)。其控制部分主要由电压采样电阻和电流采样电阻、误差比较器和PWM比较器以及锁存器组成。当变换器工作时振荡器产生固定时钟使寄存器置位，从而使开关管开通。同时输出电压的采样信号与给定信号在误差放大器中比较后，产生电压信号Ue。Ue在PWM 比较器与锯齿波相比较，产生锁存器的复位信号，使开关管关断。PWM 比较器锯齿波的产生是由于变换器

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中输出电感的作用，使电阻Rs上的电流逐渐增大，电压线性升高，产生PWM 所需锯齿波电压。当锯齿波线性上升到Ue时，即当Us=Ue时，开关管驱动信号撤除，晶体管关断。从以上分析可知，这种控制模式构成电压电流双环系统，从而消除了由于输出滤波电感带来的双极点不稳定的问题。另外，由于控制电路逐周检测，因而变换器具有良好的线性调整率和快速的动态反映.同时这种控制模式很容易实现过流保护。并能自动均衡推挽和全桥变换器中的磁通。电流模式控制主要的缺点是当占空比大于50%时，由于电流上升率不够，控制环变得不稳定，抗干扰性能差

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图2-3a电压型控制模式原理图

图2-3b电流型模式控制原理图

2.5电流型控制斜坡补偿分析

在电感电流连续的情况下，电流型控制了电感电流的峰值，而在BUCK型电路中由于负载电流即为电感电流的平均值，但电感电流的峰值与平均电流之间存在一定的偏差，这种误差在输出电压最大时达到最大，这样Us的变化能全面的反映负载电流的变化，并且当占空比大于0.5时，因电感电流的上升率小于下降率，因而平坦的上升曲线上出现一个小小的干扰都将被放大，导致电路不稳定。也就是说当电流控制模式仅仅控制一次侧峰值电流大小，那么当占空比随输入电压变化时及输出负载变化时，输出电压闭环反馈控制因为不具有一一对应关系而发生次谐波振荡。解决问题的方法是对斜坡进行补偿和调整负载电感，从而使电感线圈的电流平均值不再随输入电压和占空比的变化而改变，因而电路在任何占空比下也变得稳定。当我们设计补偿的斜坡等于电感电流下降斜率的一半，就可以得到满意的效果

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第三章 开关电源设计中涉及的重要器件

3.1 TL431集成电路

3.1.1 TL431的简介

TL431集成电路是三端可编程并联稳压二极管。其集成电路电压基准如同低温度系数齐纳管一样运行，通过2个外部电阻可从Vref编程至36V。其器件显示出宽工作电流范围，在典型动态阻抗0.22Ω时为1.0毫安至100毫安。其基准的特性使其能在数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等许多应用中代替齐纳二极管。2.5V参考使从5.0V逻辑电源可方便地获得稳定参考电压。由于TL431工作方式为并联稳压器，所以可以用作正压或负压参考。

可编程输出电压，达36V 低动态输出阻抗，典型为0.22Ω 1.0毫安至100毫安的灌电流能力 典型值为50ppm/℃的等效全范围温度系数 在整个额定工作温度范围内可进行工作温度补偿 低输出噪声电压

图3-1 TL431的符号及功能模块示意图

如图3-1所示，左图是该器件的符号。3个引脚分别为：阴极（K）、阳极（A）和参考端（R）。右图是该器件的具体功能模块示意图。由图可以看到，一个内部的2.5V基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同相端）的电压非常接近基准源时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管的电流将从1到100毫安变化。当然，该图绝不是该器件的实际内部结构，

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