引言

　　開關電源具有效率高、體積小、重量輕等顯著特點，因此近年來獲得了迅速的發(fā)展。目前，開關電源的控制方式一般采用脈寬調制方式，而控制電路的性能是適應電源整機性能要求的關鍵。

　　一個電源在工作過程中，當輸入、輸出條件變化時，電源應具有自我調節(jié)的能力，這就要求電源的主電路具有穩(wěn)定輸出電壓和輸出電流的功能?？刂齐娐窇軐χ麟娐返妮敵鲭妷汉洼敵鲭娏鬟M行檢測，然后將檢測值同設定參考值相比較得出誤差值，利用該誤差值進行一定計算和處理后去控制主電路，使輸出值不斷接近設定值，從而達到穩(wěn)定輸出的目地。

　　1、設計方案及原理

　　本控制系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)調節(jié)控制方式，框圖如圖1所示。

　　從圖1中可以看出，內環(huán)是恒流控制，外環(huán)是恒壓控制。兩個控制環(huán)之間加一個電子控制開關Ｋ，當需要恒流時，打到恒流擋；當需要恒壓時，打到恒壓擋。

　　調節(jié)過程如下：

　　可見，恒壓是通過改變恒流來實現(xiàn)的，電壓信號經(jīng)放大處理，轉換成電流給定信號，由恒流系統(tǒng)來處理。之所以采用雙閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，是為了滿足一機多功能的需要。在一些生產(chǎn)過程中，例如電鍍工藝通常要求電源具有恒流調節(jié)能力，而陽極氧化工藝，則要求電源具有恒壓調節(jié)能力。在所做的大量試驗中發(fā)現(xiàn)，采用2個單閉環(huán)（恒流和恒壓）不如采用一個雙閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，性能好；在如圖1所示的系統(tǒng)框圖中可以看出，2個閉環(huán)共用同一個PWM處理，使系統(tǒng)簡單、安全可靠。這是本控制電路的設計特點。

　　2、系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　在圖1系統(tǒng)框圖中可以看出，核心部件是脈寬調制器，它負責把模擬信號轉換成與之相對應的脈寬信號。本系統(tǒng)中，脈寬調制器、放大器及誤差比較器共用一塊集成片TL494。

　　2.1TL494簡介

　　TL494是一種頻率可以任意設定的脈寬調制控制器，它含有振蕩頻率由外接元件RT，ＣR（6腳、5腳）確定的鋸齒波振蕩器，其振蕩頻率為式中：

　　式中：RT為5~100k歐;GT為0。001~0。1uf。

　　輸出脈沖的寬度調制是由電容ＣT兩端的正向鋸齒波和另外2個控制信號進行比較后得到的。只有當鋸齒波電壓小于3，4兩腳輸入的控制信號時，觸發(fā)器輸出的時鐘才處于低電平。因此，隨著控制信號幅值增加，輸出脈沖的寬度將減小。在死區(qū)時間，控制比較器Ｃ的輸入端有0．12V的失調電壓，限制了輸出最小死區(qū)時間（約占一個周期的4％）。

　　TL494內部有2個誤差放大器EA1；，EA2（腳1，2，15，16）和一個反饋輸入端（腳3），在使用時將反饋信號接入這些腳，通過調節(jié)每個脈沖的占空比來穩(wěn)定輸出以及進行各種保護。

　　2．2由TL494構成的恒流閉環(huán)控制系統(tǒng)

　　由TＩ．ｘ９4構成的恒流閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖2所示，其中包括電流給定信號處理、過流保護、掉電保護、誤開機保護以及校正網(wǎng)絡等主要功能。ｌ，二兩端是電流反饋信號輸人端，3，4兩端是電流給定信號輸入端，5，6兩端是脈沖信號輸出端。

　　工作狀況：由3，4兩端輸入的電流給定信號與由HAｌｌ電流傳感器采樣輸出的反饋電流信號（1，2兩端）分別經(jīng)由電阻R36，R14送至IC2的2腳，兩個信號由TL494內部的誤差放大器進行比較、放大，其結果是在IC2的5，6兩端給出了一個占空比合乎現(xiàn)時給定要求的弱驅動信號，再經(jīng)驅動電路級放大、整形及隔離，就直接作用到主電路的大功率器件上，從而控制了輸出電流的大小。

　　電路中，由IC4輸出電流給定信號，其輸出電流給定狀態(tài)由晶體管T1，T2，T3的導通和截止狀態(tài)來確定。輸出電流給定值則分別由電位器VR2和VR3來控制。VR2和VR3兩者的輸出格局，要由微型機的3，4兩個端子的連通或斷開來認定：當3，4兩個端子未連通時，晶體管T1，T3截止而晶體管T2導通，此時，IC4輸出由VR2來控制；當3，4兩個端于連通時，T2截止而T1，T3導通，這時的輸出則由VR3控制。若3，4兩個端子作周期性的連通與斷開換接，則輸出電流為對應周期的電流。

　　TL494的15腳通過2個電阻R15，R16在基準電壓上分得一恒定電壓來獲得新的基準電壓。電流反饋信號經(jīng)過IC1放大比較后加到IC2的16腳，于是當發(fā)生過電流（或過電壓）時，輸出脈沖寬度將大大減小，從而保護了大功率器件。

　　掉電保護和誤開機保護過來的信號通過光電偶合（PH1和PH2）隔離后加到IC2的4腳。當出現(xiàn)這些現(xiàn)象時，4腳的死區(qū)電下升高，死區(qū)電平達到最大，使IC2的輸出脈沖最窄，從而達到了保護的目地。

　　由于反饋信號受到開關器件頻率的影響，導致調節(jié)恒定電流受到影響，系統(tǒng)的轉折頻率遠遠高于器件的開關頻率，因此系統(tǒng)對高頻信號的抗干擾能力較差，需在反饋環(huán)節(jié)和電路之間加校正環(huán)節(jié)。故在IC3的3腳加上了由R20，R21，Ｃ4，Ｃ5構成的校正網(wǎng)絡，其主要作用是消除輸出電流瞬時值對PWM電路的影響，瞬時值的變化受開關器件的影響，頻率與開關頻率相同。

　　2．3恒壓控制的實現(xiàn)

　　為了使輸出電壓在各種干擾情況下保持期望值，恒壓控制系統(tǒng)也按負反饋原則構成，即將實際的輸出電壓Vf與給定的電壓期望值Vg進行比較后，經(jīng)過放大、處理，轉換成電流給定信號，由恒流控制系統(tǒng)來處理。電壓信號處理電路包括電壓給定信號處理、采樣保持等功能。

　　3、控制方式的靈敏度分析

　　晶體管構成的降壓型斬波電路，在儲能電感Ｌ足夠大時，其負載上的工作電流波形如圖3所示。根據(jù)晶體管的不同工作狀態(tài)列可寫出申路方程。

　　圖3負載上的工作電流波形

　?。?）晶體管導通時，斬波電路的等效電路如圖4（a）所示。

　?。?）晶體管截止時，斬波電路的等效電路如圖4（b）所示。

　　圖4斬波電路的等效電路

　　根據(jù)上列各式，結合圖3可求出在一個周期里的平均電流

　　將上列各式代入并整理得

　　此式即反映了輸出平均電流人對占空比變化的靈敏度。設兒為電流給定期望值，可以看出：

　　4、實驗驗證

　　本控制系統(tǒng)己用于高速換向脈沖電鍍電源中，該電源有恒峰值電流和恒峰值槽壓兩種工作方式：輸出峰值電流為4~40A，連續(xù)可調；輸出峰值電壓為3～30V，連續(xù)可調。為了驗證恒流旭壓反饋控制效果的好壞，對系統(tǒng)輸出電流、輸出電壓外特性進行測試。

　　4．1恒壓輸出

　　在不同的輸出電壓給定情況下，改變負載電阻值，測得恒壓輸出狀態(tài)下電源的外特性如圖5所示?？梢姡?a target="_blank">測試點基本在一條直線上，不管輸出電流如何變化，輸出電壓基本不變，這證明電壓反饋效果很好，最大波動率發(fā)生在大電流（近40A）的時侯。

　　4.2恒流輸出

在不同的輸出電流給定情況下，改變負載電阻值，測得恒流輸出狀態(tài)下電源的外特性如圖6所示。可見，其外特性為垂直陡降特性，不管輸出電壓如何變化，輸出電流基本不變，這證明電流反饋效果很好。

　　5、結論

　　該控制系統(tǒng)已用于高速換向脈沖電鍍電源中。該控制系統(tǒng)在其性能測試及運行中表明，結構簡單，性能穩(wěn)定，控制效果好，具有實用多功能性，可隨時進行周期性給定值的調節(jié)。