高壓大功率PS ZVS PWM DC/DC FB變換器數(shù)字式移相脈沖發(fā)生器

1　引言

　　由于需要設計的電源輸出電壓變化范圍大（0～5KV），而且輸出電流保持在3～6A之間可調；較為困難的在于PS ZVS PWM DC/DC FB變換器移相脈沖的產生，目前市場上有UC3875、UC3879等芯片用于實現(xiàn)移相PWM控制方式；但是，這類芯片多用于輸出固定電壓的變換器，并且變換器的輸出電壓較低，其控制方式為將輸出電壓反饋給芯片，芯片根據(jù)輸出電壓調節(jié)移相脈沖的移相角。如果使用這類芯片產生移相脈沖（例如UC3879），那么可能的方式是通過控制其反饋電壓輸入端的電壓來控制移相脈沖的移相角；不過這類芯片的缺陷在于其移相角度難于精確控制；而在保證輸出電流恒定的情況下，需要精確控制移相角，故本文設計了全數(shù)字式移相脈沖產生電路。


2　超前橋臂移相脈沖的產生電路

　　本文的移相脈沖產生電路主要由四個基本組成，每個基本單元負責產生一路觸發(fā)信號。基本單元電路見圖1。基本單元由數(shù)字比較器（74HC688）、鎖存器（74HC373）、計數(shù)器（4040）、GAL（GAL16V8）、D觸發(fā)器（74HC74）組成。計數(shù)器（4040）和GAL16V8組成計數(shù)溢出值為400的計數(shù)器，其輸入時鐘頻率為8MHz；之所以使用GAL16V8是為了調試時可靈活設定計數(shù)溢出值、邏輯關系可調。計數(shù)器的計數(shù)值與鎖存器（74HC373）的輸出值（該值由80C196KC通過總線提供）作為數(shù)字比較器（74HC688）的輸入，當二者相等輸出低電平信號，觸發(fā)D觸發(fā)器（74HC74）輸出翻轉。CPU通過DT50可控制計數(shù)器工作與否，通過DT10、DT11可對D觸發(fā)器置初值。圖1中GAL16V8的邏輯關系為：管腳2、5、12相與在和管腳14進行或運算，通過管腳13輸出；即計數(shù)器計數(shù)滿400時復位或CPU進行強制復位。管腳12、2、5進行與非運算通過管腳15輸出；即計數(shù)器計數(shù)滿400時，禁止比較器工作，使其輸出1。管腳2、5、12進行與非運算在和管腳18進行與運算，通過管腳19輸出（GAL實現(xiàn)此關系為：）；即比較器輸出為0或計數(shù)器溢出，均產生由1到0的跳變，以使D觸發(fā)器翻轉。管腳17為管腳16的非，用于CPU置比較器動作的值。圖中QD1為IGBT的驅動信號。

　　
　　實際上圖1為超前橋臂的上臂觸發(fā)脈沖產生電路，其下臂的觸發(fā)電路與其基本相同；只不過其不使用鎖存器（74HC373），而是與上臂的觸發(fā)電路共用DB1～DB8信號，即它們脈寬相等；為了實現(xiàn)上、下臂的交替導通以及防止直通所需的延遲，當上臂觸發(fā)脈沖發(fā)生由1向0的跳變，下臂觸發(fā)脈沖產生電路要有一定的延遲，圖2的電路實現(xiàn)這種功能。其基本原理為CPU通過總線給U11（74HC373）置數(shù)（即延遲時間），當該值當該值與4040的計數(shù)值相等，比較器74HC688輸出0，

U7:B（D觸發(fā)器）輸出0，即CF2輸出0，CF2連接下臂觸發(fā)脈沖產生基本單元GAL16V8的14腳（圖3.1中DT50對應的位置），以允許下臂觸發(fā)脈沖產生電路開始工作。圖中QD1信號為上臂的觸發(fā)信

號，當其為0時，計數(shù)器（4040）開始工作以確定延遲時間。CPU通過DT31、DT30可給U7:B（D觸發(fā)器）預置初值，另外可通過DT40控制比較器（74HC688）工作與否。實際應用中U7:B（D觸發(fā)器）預置1，其被觸發(fā)后一直輸出0，除非重新置數(shù)。


3　滯后橋臂移相脈沖的產生電路

　　滯后橋臂的觸發(fā)脈沖產生電路基本結構與超前橋臂的觸發(fā)脈沖產生電路相同，可參見圖1和圖2。但是，為了實現(xiàn)滯后橋臂相對于超前橋臂的脈沖移相功能需要有延遲電路，圖3的電路完成此功能。CPU通過總線給U24（74HC373）置數(shù)以確定移相角的大小，比較器U26（74HC688）的信號YX1～YX8取自超前橋臂上臂觸發(fā)脈沖產生電路的計數(shù)器（圖1中4040的Q1～Q8），當計數(shù)器（U26）的輸入相等即到達移相角輸出0，D觸發(fā)器U17:A翻轉輸出0，即ZHK為0，ZHK用于觸發(fā)滯后橋臂的觸發(fā)脈沖產生電路開始工作（ZHK的連接位置相當于圖1的DT50）。由于U17:A的D端接地，一旦ZHK輸出0，除非通過T50強制置1，否則一直輸出為0。另外可通過DX7控制比較器的工作與否。


4　結語

　　以上給出了一種PS ZVS PWM DC/DC FB變換器移相脈沖的產生電路，該電路通過CPU對其控制可以靈活調節(jié)移相角度，改變觸發(fā)脈沖寬度等優(yōu)點，可以依照此電路的設計思想，用CPLD等復雜可編程邏輯器件來實現(xiàn)。


參考文獻：

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