请帮我解释一下MMIC开关电路中驱动电路的作用。
假设开关K以一定的时间间隔反复导通和关断,当开关K闭合时,输入电源E通过开关K和滤波电路向负载RL供电,在整个导通期间,电源E向负载提供能量;当开关K断开时,输入电源E中断能量供应。因此,输入电源间歇地向负载提供能量。高频开关电源为了使电源能够向负载提供持续的能量,必须设计一套自己的储能设施,在开关导通时储存一部分能量,在开关关断时继续向负载提供电能。改变导通时间TON与占空比T的比值,即改变脉冲的占空比,称为“时间比控制”TRC。
根据TRC控制原理,有三种方式:
(1) PWM的开关周期是恒定的,通过改变脉冲宽度来改变占空比。
(2)PFM的脉冲宽度是恒定的,通过改变开关频率来改变占空比。
(3)混合调制的导通脉冲宽度和开关频率不固定并且可以相互改变的模式是上述两种模式的混合。
PWM电路的特点:可以得到与正弦波相当接近的输出电压和电流,所以也叫正弦波脉宽调制SPWM。PWM调制是通过调节脉宽来控制输出电压,利用PWM逆变器可以抑制或消除低次谐波。通过按照一定的规则调制每个脉冲的宽度,可以改变逆变电路的输出电压,也可以改变输出频率。利用现有的器件和电路技术,PWM开关电源一般可以工作在几十kHz到几百kHz的开关频率。该电源设备在重量、效率、可靠性、价格和整体尺寸方面可以被认为是最好的,并且适用于中等和高功率应用。而且使用一般的PWM调制方式,对元器件的要求不太高,非常适合实现设备的高性价比。
脉宽调制(PWM)变换器是通过反复导通/关断开关,将一个DC电压(电流)转换成高频方波电压(电流),再经过整流平滑后转换成另一个DC电压。PWM变换器由功率开关管、整流二极管和滤波电路组成。当输入和输出之间需要电气隔离时,可以使用变压器进行隔离和升压/降压。PWM变换器的工作原理如图2-12所示。由于开关频率的提高,滤波电感L、变压器T、滤波电容C等磁性元件可以小型化。
对于PWM变换器,开关管J1两端的电压弧和流过J1的电流的波形近似为方波,如图2-12所示。
图2-12?PWM变换器的基本工作原理
图2-13?转换器开关操作的波形
该转换器有两种工作模式。一种是保持开关占空比Ts不变并控制开关导通时间ton的脉宽调制(PWM)模式,另一种是保持导通时间ton不变并改变开关占空比Ts的脉冲频率调制(PFM)模式。
2.4?输出电压的控制结构
IN400x和IN540x系列整流二极管适用于低频。在高频开关电路中,由于其反向恢复时间不够短(简单理解为从前半周的正向导通状态到后半周的反向截止状态,不能及时跟上交流电的频率转换,反之亦然),整流效率不高,灯管容易发热。在高频开关电路中,最好使用快恢复二极管,如FR系列;或者高频高效整流二极管,比如HER系列。
下面简单分析一下输出电压的控制原理。
图2-14?输出电压控制原理
因为流过扼流圈L1的电流是连续的,所以有
△i2=△i3
那么下面的公式成立:ton *(v2-v 0)/l 1 = toff * VO/l 1。
完成后,输出电压Vo可表示为:
VO = ton * Vs/(ton+toff)= ton * f * Vin * Ns/Np
其中:开关频率f=1/(ton+toff)。
上述公式准确地表达了正激变换器的工作原理。表明变压器二次端电压Vs的平均值可以代表输出电压Vo。所以,如果频率固定,输入电压Vin降低,ton会变宽;相反,如果Vin增加,toff就会变窄,这样Vo就可以一直保持不变。
换句话说,在1个周期T=tON+toff内,通过改变晶体管的导通时间的比率,即占空比:
D=ton/T=ton/(ton+toff)
可以起到控制输出电压稳定的作用,我们称之为脉冲调制(Pulse?宽度?调制,脉宽调制).
如果ton不变,通过改变周期或频率来控制占空比的方法称为脉冲调频(Pulse?频率?调制,PFM).
图2-15?电压频率控制模式