摘要：介紹并比較了電壓控制型和電流控制型DC/DC變換器的基本原理，設計出了基于電流控制型PWM控制芯片UC3846的大功率DC/DC變換器的實用電路，提出了兩種UC3846輸出脈沖封鎖方式，設計出一種新穎的IGBT驅動電路，實驗結果證明,該電路具有較好的控制特性和穩定性。

關鍵詞：DC/DC變換器；脈寬調制；電壓控制型；電流控制型；IGBT驅動

0 引言

隨著工業、航空、航天、軍事等應用領域技術的不斷發展，人們對開關穩壓電源的要求也越來越高。某系統對大功率開關穩壓電源提出的要求是：輸入電壓為AC220V，輸出電壓為DC38V，輸出電流為100A。開關電源的結構一般為先進行AC/DC然后再DC/DC的形式，考慮到論文篇幅的限制，僅對DC/DC變換部分進行討論。

大功率DC/DC變換器主電路拓撲有很多種，諸如雙管正激式、推挽式、半橋式和全橋式等?？刂菩酒姆N類也非常多，主要分為電流控制型與電壓控制型兩大類。電壓控制型只對輸出電壓采樣，作為反饋信號進行閉環控制，采用PWM技術調節輸出電壓，從控制理論的角度看，這是一種單環控制系統。電流控制型是在電壓控制型的基礎上，增加一個電流負反饋環節，使其成為雙環控制系統，從而提高了電源的性能。

根據對各種拓撲和控制方式的技術成熟程度，工程化實現難度，電氣性能以及成本等指標的比較，本文選用半橋式DC/DC變換器作為主電路，電流型PWM控制芯片UC3846作為該系統的控制單元。

1 電壓控制型脈寬調制器和電流控制型脈寬調制器

圖1為電壓控制型變換器的原理框圖。電源輸出電壓的采樣反饋值V_f與參考電壓V_r進行比較放大，得到誤差信號V_e，它與鋸齒波信號比較后，PWM比較器輸出PWM控制信號，經驅動電路驅動開關管通斷，產生高頻方波電壓，由高頻變壓器傳輸至副方，經整流濾波得到所需要的電壓。改變電壓給定V_r，即可改變輸出電壓V_o。

圖1 電壓控制型的原理圖

圖2為電流控制型變換器的原理框圖。恒頻時鐘脈沖置位R－S鎖存器，輸出高電平，開關管導通，變壓器原邊的電流線性增大，當電流在采樣電阻R_s上的壓降Vs達到V_e時，PWM比較器翻轉，輸出高電平，鎖存器復位，驅動信號變低，開關管關斷，直到下一個時鐘脈沖使R－S鎖存器置位。電路就是這樣逐個地檢測和調節電流脈沖的。

圖2 電流控制型的原理圖

當電源輸入電壓和/或負載發生變化時，兩種控制類型的動態響應速度是不同的。如果電壓升高，則開關管的電流增長速度變快。對電流控制型而言，只要電流脈沖一達到設定的幅值，脈寬比較器就動作，開關管關斷，保證了輸出電壓的穩定。對電壓控制型而言，檢測電路對電流的變化沒有直接的反映，一直等到輸出電壓發生變化后才去調節脈寬，由于濾波電路的滯后效應，這種變化需要多個周期后才能表現出來，顯然動態響應速度要慢得多，且輸出電壓的穩定性也受到一定的影響。

另外，電流控制型變換器還可以很容易地實現逐個脈沖控制和多電源的并聯運行，并具有抑制高頻變壓器偏磁的能力。但在應用電流控制型時也要注意以下問題：

——占空比大于50％時，控制電路不穩定，這時須加斜坡補償；

——控制調節電路是基于從電感電流取得的信號，因此，功率部分的振蕩容易將噪聲引入控制電路。

2 電流控制型脈寬調制器UC3846簡介

本系統采用了UC3846作為開關控制器。UC3846是一種雙端輸出的電流控制型脈寬調制器芯片，其內部結構方框圖如圖3所示。其引出的腳1為限流電平設置端；腳2為基準電壓輸出端；腳3為電流檢測放大器的反相輸入端；腳4為電流檢測放大器的同相輸入端；腳5為誤差放大器的同相輸入端；腳6為誤差放大器的反相輸入端；腳7為誤差放大器反饋補償；腳8為振蕩器的外接電容端；腳9為振蕩器的外接電阻端；腳10為同步端；腳11為PWM脈沖的A輸出端；腳12為地；腳13為集電極電源端；腳14為PWM脈沖的B輸出端；腳15為控制電源輸入端；腳16為關閉端。

由圖3可以看到，UC3846通過一個放大倍數為3的電流測定放大器（其輸入電壓必須1.2V）來獲得電感電流或開關電流信號，其輸出接PWM比較器的同相端。當取樣放大器輸入信號>1.2V時，電流型控制器將延時關斷。電壓誤差放大器的輸出經二極管和0.5V偏壓后送至PWM比較器的反相端，其輸出既作為給定信號，同時又被限流電平設置腳（腳1）箝位在V₁＋0.7V，從而完成了逐個脈沖限流的目的。當差動電流檢測放大器檢測的是開關電流而不是電感電流時，由于開關管寄生電容放電，檢測電流會有一個較大的尖峰前沿，可能使電流檢測鎖存和PWM電路誤動作，所以，應在電流檢測輸入端加RC濾波。

圖3 UC3846的內部結構方框圖