電壓控制型開關(guān)電源會對開關(guān)電流失控,，不便于過流保護(hù),，并且響應(yīng)慢、穩(wěn)定性差,。與之相比,，電流控制型開關(guān)電源是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng),，能克服電流失控的缺點,，并且性能可靠、電路簡單,。據(jù)此,，我們用UC3842芯片設(shè)計了一個電流控制型開關(guān)電源。為了提高輸出電壓的精度,，系統(tǒng)沒有采用離線式結(jié)構(gòu),，而采用直接反饋式結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)在設(shè)計上充分考慮了電磁兼容性和安全性,，可廣泛應(yīng)用于工業(yè),、家電、視聽和照明設(shè)備,。

電流控制型開關(guān)電源的原理框圖

電流型控制是針對電壓型控制的缺點而發(fā)展起來的,，在保留了電壓控制型的輸出電壓反饋控制部分外，又增加了一個電流反饋環(huán)節(jié),，其原理框如圖1所示,。

圖1 電流控制型開關(guān)電源的原理框圖

電流控制型開關(guān)電源是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng),，內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán),，外環(huán)為電壓控制環(huán),。當(dāng)U O變化導(dǎo)致UF變化，或I變化導(dǎo)致US變化時,，都會使PWM電路的輸出脈沖占空比發(fā)生變化,，從而改變UO，達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定的目的,。

電流型控制芯片UC3842
UC3842是一塊功能齊全,、較為典型的單端電流型PWM控制集成電路,，內(nèi)包含誤差放大器,、電流檢測比較器、PWM鎖存器,、振蕩器,、內(nèi)部基準(zhǔn)電源和欠壓鎖定等單元。它提供8端口雙列直插塑料封裝和14端口塑料表面貼裝封裝,，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

電流控制型開關(guān)電源是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng),，內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán),，外環(huán)為電壓控制環(huán)。當(dāng)U O變化導(dǎo)致UF變化,，或I變化導(dǎo)致US變化時,，都會使PWM電路的輸出脈沖占空比發(fā)生變化，從而改變UO,，達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定的目的,。

電流型控制芯片UC3842
UC3842是一塊功能齊全、較為典型的單端電流型PWM控制集成電路,，內(nèi)包含誤差放大器,、電流檢測比較器、PWM鎖存器,、振蕩器,、內(nèi)部基準(zhǔn)電源和欠壓鎖定等單元。它提供8端口雙列直插塑料封裝和14端口塑料表面貼裝封裝,，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

圖2 UC3842內(nèi)部電路

8端口雙列直插塑料封裝的UC3842各管端口功能簡介。
①端口COMP是內(nèi)部誤差放大器的輸出端,。
②端口VFB是反饋電壓輸入端,，與內(nèi)部誤差放大器同相輸入端的+2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓,，控制脈沖的寬度,。
③端口ISENSE是電流傳感端,。在應(yīng)用電路中，在MOSFET的源極串接一個小阻值的取樣電阻,，將脈沖變壓器的電流轉(zhuǎn)換成電壓并送入③端口,，控制脈沖的寬度。
④端口RT/CT是定時端,。鋸齒波振蕩器的振蕩頻率f=1.8/（RT·CT）,，電流模式工作頻率可達(dá)500kHz。
⑤端口GND是接地,。
⑥端口OUTPUT是輸出端,，此端口為圖騰柱式輸出，驅(qū)動電流的峰值高達(dá)l.0A,。
⑦端口VCC是電源,。當(dāng)供電電壓低于16V時，UC3824不工作,，此時耗電在1mA以下,。芯片工作后，輸入電壓可在10～30V之間波動,，工作電流約為15mA,。
⑧端口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)50mA,。
　　
UC3842構(gòu)成電流控制型開關(guān)電源
1 電路組成
UC3842構(gòu)成的電流控制型開關(guān)電源電路如圖3所示。

圖3 UC3842構(gòu)成電流控制型開關(guān)電源

2 工作原理
220V交流電先通過濾波網(wǎng)絡(luò)濾掉各種干擾,。電阻R1主要用來消除斷電瞬間殘留的電壓,，熱敏電阻RT1可以限制浪涌電流，壓敏電阻VDR保護(hù)電路免受雷電的沖擊,。然后,，再經(jīng)過B1整流、C4濾波,，獲得約300V直流電壓后分兩路輸出：一路經(jīng)開關(guān)變壓器T加到MOSFET Q1的漏極,，另一路經(jīng)R3加到C17的正端。當(dāng)C17的正端電位升到≥R16時,，⑦端口得工作電壓,，UC3842電路啟動，⑥端口電位上升,，Q1開始導(dǎo)通,，同時⑧端口的5V電壓通過內(nèi)電路建立。C17容量最好在lO0μF以上,否則電源將出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象,。C12濾波電容消除在開關(guān)時會產(chǎn)生尖峰脈沖,，C11為消噪電容,，R6、C13決定鋸齒波振蕩器的振蕩頻率,，R9,、C15用來確定誤差放大器的增益和頻響。C14起斜坡補償作用,，能提高采樣電壓的可靠性,。正常工作后，線圈N2上的高頻電壓經(jīng)過D2,、R17,、C18、D3為UC3842提供工作電壓,。

當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時,，整流電壓加在開關(guān)變壓器初級繞組上的電能變成磁能儲存在開關(guān)變壓器中,。開關(guān)管截止后,，能量通過次級繞組釋放到負(fù)載上。D7,、D8是脈沖整流二極管,，C7、R5吸收旁路開機(jī)瞬間出現(xiàn)的脈沖電流,，L3,、C8、C9,、C10組成濾波電路,。輸出電壓可由下式描述。
UO=UI(TON/KTOFF)
式中,，UO為輸出電壓,，UI為整流電壓，K為變壓器的變壓比,，TON為Q1的導(dǎo)通時間,，TOFF為Q2的截止時間。

由上式可知,，輸出電壓和開關(guān)管的導(dǎo)通時間及輸入電壓成正比,，與變壓器的變壓比及開關(guān)管的截止時間成反比。C16,、R12,、D5用來限制柵極電壓和電流，進(jìn)而改善Q1開關(guān)速度,，有利于改善電磁兼容性,。R13主要來防止Q1柵極懸空,，D1、R4,、C5和D6,、R16、C20構(gòu)成兩級吸收回路,，用于吸收尖峰電壓,，防止Q1損壞。
系統(tǒng)中的穩(wěn)壓電路有：
● 電流反饋電路,。Q1源極串接取樣電阻R15,，把電流信號變?yōu)殡妷盒盘枺腿險C3842內(nèi)部的電流檢測比較器同相端,。當(dāng)Q1導(dǎo)通,，電流斜率上升時，取樣電阻R15的電壓增加,。一旦R15的電壓等于電流檢測比較器反相端的電壓,，內(nèi)部觸發(fā)器復(fù)位，Q1截止,，即實現(xiàn)了以電流控制⑥端口激勵脈沖的占空比來穩(wěn)定輸出電壓,。C19用來抑制取樣電流的尖脈沖。
● 電壓反饋電路,。主要由可編程精密穩(wěn)壓器TL431和線性光電耦合器PC817組成,。輸出電壓經(jīng)R21、R22分壓后得到取樣電壓,，送到可編程精密穩(wěn)壓器TL431的參考端口,，改變R21、R22的阻值,，使TL431的穩(wěn)壓值變化,，即可改變開關(guān)電源的輸出電壓。C21,、R19對可編程精密穩(wěn)壓器TI431內(nèi)部放大器進(jìn)行相位補償,。系統(tǒng)通過改變光電耦合器U2的發(fā)光強(qiáng)度來改變UC3842反饋端電壓以實現(xiàn)穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電壓升高時,，TL431兩端的電壓UKA保持不變,，光電耦合器控制端電流增大，②端口反饋端電壓值隨之增大,，UC3842內(nèi)部的電流檢測比較器反相端的電壓變低,，輸出端⑥端口的脈沖信號占空比變低，開關(guān)管的導(dǎo)通時間減少，輸出電壓降低,；反之,，如果輸出電壓下降時，UC3842的輸出脈沖占空比增大,，輸出電壓增高,，達(dá)到穩(wěn)壓目的。另一方面,，⑦端口電源電壓由D2整流,、C18濾波產(chǎn)生，反映了輸出電壓的變化,，起到反饋作用,，使輸出電壓穩(wěn)定。

● 電路有前饋線調(diào)整功能,。在負(fù)載不變時,，輸入電壓突然增加，開關(guān)變壓器的感應(yīng)電流由于輸入電壓增加而迅速斜升,，因反饋信號和誤差信號尚未改變,，限流作用發(fā)生比較快，故脈沖寬度變得比較窄,。所以,，市電的變化在影響輸出之前己被補償,，即提高了對輸入電壓的響應(yīng)速度,。

圖4  斜率補償

當(dāng)系統(tǒng)工作在占空比大于50％或連續(xù)電感電流條件下，會產(chǎn)生諧波振蕩,，它是由固定頻率和峰值電流取樣同時工作所引起,，圖4A顯示了這種現(xiàn)象。在t0時刻,，Q1導(dǎo)通,，電感電流以斜率m1上升，t1時刻,，電流取樣輸入到達(dá)由控制電壓建立的門限,。這導(dǎo)致Q1截止，電流以斜率m2下降,，直至下一個振蕩周期,。如果系統(tǒng)有一個擾動加到控制電壓上，產(chǎn)生一個小的△I（圖中虛線）,，系統(tǒng)將不穩(wěn)定,。

為了能使系統(tǒng)在占空比大于50％或連續(xù)電感電流條件下仍能可靠工作，將④端口的鋸齒波電壓通過射極跟隨器Q2送入③端口，從而在電流取樣端上增加了一個與脈寬調(diào)制時鐘同步的人為斜坡,，可以在后續(xù)周期將△I擾動減小至零,，如圖4B所示。該補償斜坡的斜率必須等于或略大于m2/2,，系統(tǒng)才具有穩(wěn)定性,。
系統(tǒng)設(shè)計的保護(hù)電路有：
● 輸出過壓保護(hù)電路Ⅰ。當(dāng)輸出電壓較高,，通過電壓反饋電路使得②端口電壓超過2.5V時,，內(nèi)部觸發(fā)器復(fù)位，外接Q1截止,，達(dá)到輸出過壓保護(hù)的目的,。
● 輸出過壓保護(hù)電路Ⅱ。當(dāng)輸出電壓升高,，高于D9的擊穿電壓時,，穩(wěn)壓二極管D9擊穿，可控硅SCR觸發(fā)導(dǎo)通,，使光電耦合器二極管的負(fù)端電壓降為0V,，光電耦合器飽和，②端口電壓為最大值,，Q1一直截止,，達(dá)到輸出過壓保護(hù)的目的。
● 輸出過流,、過載保護(hù)電路,。在電路過流、過載時,，輸出電壓降低,，Q3、D4,、R8構(gòu)成次級過流,、過載保護(hù)電路。當(dāng)次級未過載時,，Q3,、D4截止；當(dāng)次級過載時,，Q3,、D4導(dǎo)通，④端口電位下降,，鋸齒波振蕩器停振,，達(dá)到過流,、過載保護(hù)的目的。
● Q1過流保護(hù)電路,。當(dāng)電源電壓異常時,，開關(guān)回路的電流增大，取樣電阻R15上的電壓超過1V時,，內(nèi)部觸發(fā)器復(fù)位,，外接Q1截止，有效地保護(hù)了Q1,。

結(jié)論
本系統(tǒng)采用UC3842設(shè)計的電流控制型開關(guān)電源,，克服了電壓控制型開關(guān)電源電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率差的缺點，并且性能可靠,，電路簡單,。該電源是20～80W的小功率開關(guān)電源的理想電源。