傳統(tǒng)PWM控制器的控制模型和仿真（反激、正激、半橋、全橋）

對(duì)于傳統(tǒng)的 PWM 模式控制器，比如 UC384X 系列，能非常好的應(yīng)用在反激和正激拓?fù)涞目刂粕稀?a href="http://m.makelele.cn/tags/電流/" target="_blank">電流模式固有的逐個(gè)周期電流限制和超快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，是非常優(yōu)秀的性能。雖然 UC384X 系列已經(jīng)蠻老了，不能用在現(xiàn)在追求5&6級(jí)能效的項(xiàng)目上。但是有些追求可靠性的領(lǐng)域，還是蠻喜歡用 UC384X 系列的。話不多說(shuō)了，下面是參考其內(nèi)部控制邏輯建立的仿真模型。

第一部分傳統(tǒng)定頻反激

UC384X 的內(nèi)部邏輯圖：

圖1 UC384X 系列內(nèi)部邏輯圖

首先是一個(gè)90瓦的 CCM 反激，其控制邏輯參考 UC3842，可見(jiàn)下圖：

圖2 U 固定開(kāi)關(guān)頻率的反激模型

模型說(shuō)明：

由 V5 產(chǎn)生一個(gè)固定的置位時(shí)鐘，RS 觸發(fā)器和輸出邏輯參考 UC384X。最關(guān)鍵的 PWM 比較器，由一個(gè) if 語(yǔ)句替代，追求最快的仿真速度。用分壓電阻和限制運(yùn)放的輸出，控制到 PWM 比較器的電壓不高于 1V。誤差放大器由傳統(tǒng)的 TL431 替代，光耦用理想的流控電流源替代，于是可以得到仿真的波形：

20ms 的啟機(jī)波形：

圖3 反激的啟機(jī)波形

展開(kāi)細(xì)節(jié)：

? V（Vout）是差模電感之前的電壓，紋波較大。

?V（G3：1）是負(fù)載端的電壓，基本紋波就比較小了。

?V（Vdrain）是原邊 MOS 漏極波形。

?V（Vcs）是 PWM 比較器的電流信號(hào)。

?V（Vcomp）是 PWM 比較器的給定信號(hào)。

圖4 反激的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)波形

做一個(gè) 0.5A ~４。７Ａ 10ms 切換一次的動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試：

圖5 觀察在動(dòng)態(tài)負(fù)載時(shí)的工作波形

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仿真原理圖： flyback_test_V1.pdf

仿真原文件： flyback_test_V1.zip

第二部分傳統(tǒng)定頻正激

關(guān)于50%占空比的限制，可以參考下圖，將 S 引腳脈寬設(shè)置到半個(gè)周期長(zhǎng)度，那么 PWM 輸出的最大脈寬就被限制住了。

圖6 UC384X 系列的控制時(shí)序圖

仿真原理圖：

圖7 UC384X 控制的雙晶正激模型

模型說(shuō)明：

為了加快仿真速度，對(duì)于雙管正激 MOS 的體二極管幾乎不走電流的情況下，就直接用理想開(kāi)關(guān)代替。副邊也直接用二極管做整流橋，同步整流稍微麻煩。輸出用一個(gè)壓控電流源來(lái)做理想負(fù)載，控制邏輯和反激幾乎一樣。

20ms 的上電波形

圖8 正激啟機(jī)仿真

展開(kāi)細(xì)節(jié)：

?V（Vdrain）是原邊低端 MOS 的漏極電壓

?V（Vout）是副邊輸出電壓

?V（Vcs）是 PWM 比較器的電流信號(hào)輸入

?V（Vcomp）是 PWM 比較器的給定信號(hào)

?V（D3：3）是副邊濾波電感的輸入電壓

?I（L3）是副邊濾波電感的電流

圖9 正激幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)波形

做 5 A~40A 10ms 一次的切換：

圖9 正激模型在動(dòng)態(tài)負(fù)載切換時(shí)的工作

展開(kāi)切換時(shí)的細(xì)節(jié)，分別是加負(fù)載時(shí)：

圖10 正激模型在負(fù)載增加時(shí)

和減負(fù)載時(shí)：

圖11 正激模型在負(fù)載減少時(shí)

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仿真原理圖： FORWARD_CM_TEST_V1.pdf

仿真原文件： FORWARD_CM_TEST_V1.zip

第三部分傳統(tǒng)半橋

傳統(tǒng) PWM 控制的半橋和全橋，一般由電壓模式控制，常見(jiàn)的 IC 有 SG3525A，UC3825A。是拿 CT 上的電壓斜坡和誤差放大器的輸出進(jìn)行比較，然后得到一個(gè)占空比去控制管子的脈寬。由于要控制半橋和全橋，需要有兩路互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且還要限制住兩路信號(hào)的最大占空比。

SG3525A 的內(nèi)部邏輯圖如下：由 OSC 和觸發(fā)器發(fā)出兩路限制占空比的互補(bǔ)信號(hào)到 NOR 門。NOR 門默認(rèn)輸出為高電平，需將關(guān)斷 PWM 的信號(hào)送到 NOR 門。在 SG3525A 中分別有下列幾個(gè)送到 NOR 門用來(lái)關(guān)斷輸出，限制脈寬。

?PWM 比較器的輸出，誤差放大器的電壓 Vcomp 高于 Vramp 后發(fā)出高電平到觸發(fā)器的 S，觸發(fā)器發(fā)出高電平到 NOR 門，可以關(guān)閉當(dāng)前輸出。

?OSC 發(fā)出的最大占空比限制，通過(guò)合理的 RT 和 CT 控制最大的占空比。

?ULVO IC 欠壓保護(hù)

?SHUTDOWN 過(guò)流保護(hù)信號(hào)

?觸發(fā)器發(fā)出的兩路互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

圖11 SG3525A 的控制邏輯圖

在仿真模型中，為了提高仿真速度，我用可定義的三角波來(lái)作為 CT 上的電壓斜坡。用 0.2V 和 2.5V 對(duì)斜坡電壓進(jìn)行比較，可得到用來(lái)限制占空比的信號(hào) CLK。在通過(guò)觸發(fā)器 U6 得到兩路互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào) A 和 B，分別都送到 NOR 門。在仿真中，我去掉了欠壓保護(hù)的控制，控制驅(qū)動(dòng)的 NOR 門只有三個(gè)條件用來(lái)關(guān)斷當(dāng)前的脈寬：

?A 和 B 互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)。

?最大占空

?PWM 比較的輸出。

過(guò)流保護(hù)比較器暫時(shí)不使用，電壓模式只控制占空比，動(dòng)態(tài)性能要比電流模式差一點(diǎn)點(diǎn)。