原创 【博客大赛】说说PWM控制DC-DC开关电源的那些事儿之三_方案论证及系统设计（2）

4.3变压器

变压器不论工作频率高低，都是通过电磁感应来传输能量的。传输能量的大小，与变压器所用的材料、结构、尺寸和工作频率有关。如果传输的能量为定值，工作频率高，在一定时间内传输能量的次数多，每一次传输的能量可以少，则变压器用的材料少，结构尺寸小。用脉宽调制（PWM）方式改变变压器传输能量和电压大小，是一种外加控制方法。

使用条件包括两方面内容：可靠性和电磁兼容性。 

可靠性是指在具体的使用条件下，高频电源变压器能正常工作到使用寿命为止。一般使用条件对高频电源变压器影响最大的是环境温度。其磁通密度，磁导率和损耗都随温度发生变化，故除正常温度25℃外，还要给出60℃，80℃，100℃时的各种参考数据。

电磁兼容性是指高频电源变压器既不产生对外界的电磁干扰，又能承受外界的电磁干扰。电磁干扰包括可闻的音频噪声和不可闻的高频噪声。高频电源变压器产生电磁干扰的主要原因之一是磁芯的磁致伸缩。磁致伸缩大的软磁材料，产生的电磁干扰大。屏蔽是防止电磁干扰，增加高频电源变压器电磁兼容性的好办法。但是为了阻止高频电源变压器的电磁干扰传播，在磁芯结构和绕组结构设计也采取了相应的措施。

高频电源变压器完成功能有3个：功率传送，电压变换和绝缘隔离。功率传送有两种方式。第一种是变压器功率的传送方式，加在原绕组上的电压，在磁芯中产生磁通变化，使副绕组感应电压，从而使电功率从原边传送到副边。在功率传送过程中，磁芯又分为磁通单方向变化和双方向变化两种工作模式。单方向变化工作模式，磁通密度从最大值Bm变化到剩余磁通密度Br，或者从Br变化到Bm。磁通密度变化值ΔB=Bm－Br。为了提高ΔB，希望Bm大，Br小。双方向变化工作模式磁通度从＋Bm变化到－Bm，或者从－Bm变化到＋Bm。磁通密度变化值ΔB=2Bm，为了提高ΔB，希望Bm大，但不要求Br小，不论是单方向变化工作模式还是双方向变化工作模式，变压器功率传送方式都不直接与磁芯磁导率有关。第二种是电感器功率传送方式，原绕组输入的电能，使磁芯激磁，变为磁能储存起来，然后通过去磁使副绕组感应电压，变成电能释放给负载。传送功率决定于电感磁芯储能，而储能又决定于原绕组的电感。电感与磁芯磁导率有关，磁导率高，电感量大，储能多，而不直接与磁通密度有关。虽然功率传送方式不同，要求的磁芯参数不一样，但是在高频电源变压器设计中，磁芯的材料和参数的选择仍然是设计的一个主要内容。 

电压变换通过原边和副边绕组匝数比来完成。不管功率传送是哪一种方式，原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比，只要不改变匝数比，就不影响电压变换。但是，绕组匝数与高频电源变压器的漏感有关。 

　　绝缘隔离通过原边和副边绕组的绝缘结构来完成。为了保证绕组之间的绝缘，必须增加两个绕组之间的距离，从而降低绕组间的耦合程度，使漏感增大。还有，原绕组一般为高压绕组，匝数不能太少，否则，匝间或者层间电压相差大，会引起局部短路。这样，匝数有下限，使漏感也有下限。

高频电源变压器，遵守变压器基本原理：

1）  遵守变压器的同名端原理。

2）  理想变压器原副边理论上功率相等。

3）  原副边电压比正比于线圈轧数比，电流比则反比于线圈轧数比。

4）  电感线圈的交流电特性是，电流不能突变，相位上电压超前电流90度。

反激式变压器的工与正激式变压器不同。正激式变压器两边的绕组是同时流过电流的，而反激式变压器先是通过一次绕组把能量存储在磁芯材料中，一次侧关断后在把能量传到二次回路。因此，典型的变压器阻抗折算和一次、二次绕组匝数比关系不能在这里直接使用。这里的主要物理量是电压、时间、能量。图4－3是反激式变压器二次绕组的安排。

4.4控制器

控制的主要目的就是要保持输出电压一定，而负载电流可以有很大的变化范围，这就是要通过负反馈来达到这个目的。所有的电源控制器，无论线性电源还是开关电源，都要检测输出电压。选择控制IC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。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。但这也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。各种控制方法见表4－1。

表4－1  PWM控制器控制方法

4.4.1选择开关电源控制器IC

在这个电路中，影响电源控制器IC选择的主要因素是：需要有MOSFET驱动（图腾柱驱动），单极性输出，能把占空比限制50%内，电流型控制，器件数目少，欠电压封锁，低成本。所以选择UC3845系列。

1.UC3845基本特性

UC3845是高性能固定频率电流模式控制器。专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案。该集成电路的特点是，具有振荡器、温度补偿的参考、高增益误差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱输出，是驱动功率MOSFET的理想器件。

其它的保护特性包括带滞后的输入和带滞后的参考欠压锁定、逐周电流限制、单个脉冲测量锁存，以及每隔一个振荡周期将输出消隐的触发器，允许将输出静区定为50%至70%。

这些器件可提供8管脚双列直插塑料封装和14管脚塑料表面贴装（SO-14）封装。SO-14封装的图腾柱式输出级有分离的电源和接地管脚。

UC3845专为低压应用设计的，欠压锁定门限为8.5伏（通）和7.6伏（断）。

l 电流模式工作达500KHz输出开关频率

l 输出静区时间从50%至70%可调

l 自动前馈补偿

l 锁蹲脉宽调制，用于逐周期限流

l 内部微调的参考源，带欠压锁定

l 大电流图腾柱输出

l 输入欠压锁定，带滞后

l 低启动和工作电流

l 直接与安森美半导体的SENSEFET产品接口