引言

　　開關(guān)電源以其高效率,、小體積等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛應(yīng)用,。傳統(tǒng)的開關(guān)電源普遍采用電壓型脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，而近年電流型PWM技術(shù)得到了飛速發(fā)展,。相比電壓型PWM,，電流型PWM具有更好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性也得以明顯改善,，特別是其內(nèi)在的限流能力和并聯(lián)均流能力使控制電路變得簡(jiǎn)單可靠。

　　電流型PWM集成控制器已經(jīng)產(chǎn)品化,，極大推動(dòng)了小功率開關(guān)電源的發(fā)展和應(yīng)用,，電流型PWM控制小功率電源已經(jīng)取代電壓型PWM控制小功率電源。Unitrode公司推出的UC3842系列控制芯片是電流型PWM控制器的典型代表。

　　DC/DC轉(zhuǎn)換器

        轉(zhuǎn)換器是開關(guān)電源中最重要的組成部分之一,，其有5種基本類型：?jiǎn)味苏な?、單端反激式、推挽式,、半橋式和全橋式轉(zhuǎn)換器,。下面重點(diǎn)分析隔離式單端反激轉(zhuǎn)換電路，電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,。       　

圖1 電路結(jié)構(gòu)圖

　　電路工作過程如下：當(dāng)M1導(dǎo)通時(shí),，它在變壓器初級(jí)電感線圈中存儲(chǔ)能量，與變壓器次級(jí)相連的二極管VD處于反偏壓狀態(tài),，所以二極管VD截止,，在變壓器次級(jí)無電流流過，即沒有能量傳遞給負(fù)載,；當(dāng)M1截止時(shí),，變壓器次級(jí)電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使VD導(dǎo)通,，給輸出電容C充電,，同時(shí)負(fù)載R上也有電流I流過。M1導(dǎo)通與截止的等效拓?fù)淙鐖D2所示,。

圖2  M1導(dǎo)通與截止的等效拓?fù)?/p>

       電流型PWM       　　

　　與電壓型PWM比較,，電流型PWM控制在保留了輸出電壓反饋控制外，又增加了一個(gè)電感電流反饋環(huán)節(jié),，并以此電流反饋?zhàn)鳛镻WM所必須的斜坡函數(shù),。 

       下面分析理想空載下電流型PWM電路的工作情況(不考慮互感)。電路如圖3所示,。設(shè)V導(dǎo)通,，則有

       　　L·diL/dt = ui (1)       　　

　　iL以斜率ui/L線性增長(zhǎng)，L為T1原邊電感,。經(jīng)無感電阻R1采樣Ud=R1·iL送到脈寬比較器A2與Ue比較,，當(dāng)Ud>Ue，A2輸出高電平,，送到RS鎖存器的復(fù)位端,，此時(shí)或非門的兩個(gè)輸入中必有一個(gè)高電平，經(jīng)過或非門輸出低電平關(guān)斷功率開關(guān)管V,。當(dāng)時(shí)鐘輸出為高電平時(shí),，或非門輸出始終為低電平，封鎖PWM,，這段時(shí)間由時(shí)鐘振蕩器OSC輸出脈沖寬度決定,，即PWM信號(hào)的死區(qū)時(shí)間,。在振蕩器輸出脈沖下降同時(shí)，或非門兩輸入均為低電平,，經(jīng)或非門輸出為高電平,，V導(dǎo)通。

圖3  理想空載下電流型PWM電路

　　簡(jiǎn)言之,，PWM信號(hào)的上升沿由振蕩器下降沿決定,，而PWM的下降沿由電感電流限值信號(hào)和誤差信號(hào)Ue共同決定，最大脈寬的下降沿受振蕩器上升沿控制,。圖4為其工作時(shí)序圖,。

圖4 工作時(shí)序圖

　　UC3842簡(jiǎn)介       　　

　　Unitrode公司的UC3842是一種高性能固定頻率電流型控制器，包含誤差放大器,、PWM比較器,、PWM鎖存器、振蕩器,、內(nèi)部基準(zhǔn)電源和欠壓鎖定等單元,，其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5  UC3842結(jié)構(gòu)圖

       各管腳功能簡(jiǎn)介如下,。       　　

　　1腳COMP是內(nèi)部誤差放大器的輸出端,，通常此腳與2腳之間接有反饋網(wǎng)絡(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻響,。       　　

　　2腳FEED BACK是反饋電壓輸入端,，此腳與內(nèi)部誤差放大器同向輸入端的基準(zhǔn)電壓(一般為+2.5V)進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制電壓,，控制脈沖的寬度,。       　　

　　3腳ISENSE是電流傳感端。在外圍電路中,，在功率開關(guān)管(如VMos管)的源極串接一個(gè)小阻值的取樣電阻,，將脈沖變壓器的電流轉(zhuǎn)換成電壓，此電壓送入3腳,，控制脈寬,。此外，當(dāng)電源電壓異常時(shí),，功率開關(guān)管的電流增大,，當(dāng)取樣電阻上的電壓超過1V時(shí)，UC3842就停止輸出,，有效地保護(hù)了功率開關(guān)管,。     

　　4腳RT/CT是定時(shí)端。鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容C和定時(shí)電阻R的公共端,。       　　

　　5腳GND是接地,。       　　

　　6腳OUT是輸出端,，此腳為圖滕柱式輸出,，驅(qū)動(dòng)能力是±lA,。這種圖騰柱結(jié)構(gòu)對(duì)被驅(qū)動(dòng)的功率管的關(guān)斷有利，因?yàn)楫?dāng)三極管VTl截止時(shí),，VT2導(dǎo)通,，為功率管關(guān)斷時(shí)提供了低阻抗的反向抽取電流回路，加速功率管的關(guān)斷,。       　　

　　7腳Vcc是電源,。當(dāng)供電電壓低于 ＋16V時(shí)，UC3824不工作,，此時(shí)耗電在1mA以下,。輸入電壓可以通過一個(gè)大阻值電阻從高壓降壓獲得。芯片工作后,，輸入電壓可在+10～+30V之間波動(dòng),，低于+10V停止工作。工作時(shí)耗電約為15mA,，此電流可通過反饋電阻提供,。       　　

　　8腳VREF是基準(zhǔn)電壓輸出，可輸出精確的+5V基準(zhǔn)電壓,，電流可達(dá)50

mA,。       　　

　　UV3842的電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%，工作頻率為500kHz,，啟動(dòng)電流小于1mA,，輸入電壓為10～30V，基準(zhǔn)電壓為4.9～5.1V,，工作溫度為0～70℃,，輸出電流為1A。      

　　開關(guān)穩(wěn)壓電源

　　由UC3842構(gòu)成的開關(guān)電源電路如圖6所示,，T為高頻變壓器,。剛開機(jī)時(shí)，220V交流電先通過PNF濾掉射頻干擾,，再經(jīng)過整流濾波獲得約+300V直流電壓,，然后經(jīng)R2降壓后向UC3842提供+16V啟動(dòng)電壓。R1是限流電阻,，C1為濾波電容,。正常工作后，自饋線圈N2上的高頻電壓經(jīng)過VD1,、C1整流濾波,，就作為UC3842的正常工作電壓,。R5、C4用以改善內(nèi)部誤差放大器的頻率響應(yīng),，R1是斜坡補(bǔ)償電阻,。開關(guān)頻率 。C5為消噪電容,，R10是過流檢測(cè)電阻,，R7是VMOS開關(guān)功率管的柵極限流電阻。由C8,、VD1,、R11、VD2,、C9構(gòu)成兩級(jí)吸收回路,，用于吸收尖峰電壓。VD1和VD3選用恢復(fù)二極管FR305,。VD4為輸出級(jí)的整流管,，采用肖特基二極管，以滿足高頻,、大電流整流之需要,。      

圖6  UC3842構(gòu)成的開關(guān)電源電路

　　當(dāng)NMOS管導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)線圈N1電流線性增大,，磁場(chǎng)增強(qiáng),，次級(jí)線圈中VD4截止，由電容C10向負(fù)載供電,；此時(shí),，脈沖變壓器原邊回路中VD2亦截止，N1這時(shí)起存儲(chǔ)能量的作用,。當(dāng)NMOS管截止后,，初級(jí)線圈電流減小，磁場(chǎng)減弱,，次級(jí)線圈回路中VD4導(dǎo)通,，能量通過VD4及C10向負(fù)載釋放，輸出直流電壓,，部分能量由VD2向電阻R12和電容C9釋放,。       　　

　　為保證開關(guān)電源輸出直流電壓不受干擾，電路中提供了穩(wěn)壓電路,。一是采用NMOS管源極串接電阻R9,，把電流信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，送入U(xiǎn)C3842作為比較電壓，控制激勵(lì)脈沖的占空比,，達(dá)到穩(wěn)壓目的,。二是變壓器T中的線圈N2間接采樣，起到電壓反饋?zhàn)饔?，N2間接采樣后,，經(jīng)過VD1和C3整流，在C3上取樣,，該電壓一方面經(jīng)過R3和R4分壓送到UC3842的2管腳加到誤差放大器A3的反相輸入端,，另一方面直接送到UC3842的7管腳，作為芯片供電電壓,。電路剛啟動(dòng)時(shí)由輸入電壓經(jīng)整流濾波降壓給芯片供電，工作后由反饋電壓供電,，因而UC3842的電源電壓反映了輸出電壓的變化,，起到反饋?zhàn)饔茫馆敵鲭妷悍€(wěn)定,。三是在UC3842中,，鋸齒波發(fā)生器輸出鋸齒波的斜率還與輸入電壓有關(guān)，當(dāng)輸入電壓升高時(shí)鋸齒波斜率增大,，使輸出激勵(lì)脈沖占空比減小,，從而使輸出電壓維持穩(wěn)定，反之亦然,，實(shí)際上相當(dāng)于反饋控制,。

　　總結(jié)

       UC3842是目前流行的電流型PWM信號(hào)發(fā)生器，具有精度高,、電壓穩(wěn)定,、外圍電路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),，廣泛應(yīng)用在輸出電壓范圍是4.9～5.1V,、功率為20～60W的小型功率開關(guān)電源中。

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