引言
開關(guān)電源以其高效率、小體積等優(yōu)點獲得了廣泛應(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)整率和負載調(diào)整率,，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(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單可靠。
電流型PWM集成控制器已經(jīng)產(chǎn)品化,，極大推動了小功率開關(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：單端正激式、單端反激式,、推挽式,、半橋式和全橋式轉(zhuǎn)換器。下面重點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M1導通時，它在變壓器初級電感線圈中存儲能量,，與變壓器次級相連的二極管VD處于反偏壓狀態(tài),，所以二極管VD截止，在變壓器次級無電流流過,，即沒有能量傳遞給負載,；當M1截止時，變壓器次級電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn),，使VD導通,，給輸出電容C充電，同時負載R上也有電流I流過,。M1導通與截止的等效拓撲如圖2所示,。
圖2 M1導通與截止的等效拓撲
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,，又增加了一個電感電流反饋環(huán)節(jié)，并以此電流反饋作為PWM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導通,，則有
L·diL/dt = ui (1)
iL以斜率ui/L線性增長,，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Ud>Ue,，A2輸出高電平,，送到RS鎖存器的復(fù)位端，此時或非門的兩個輸入中必有一個高電平,，經(jīng)過或非門輸出低電平關(guān)斷功率開關(guān)管V,。當時鐘輸出為高電平時，或非門輸出始終為低電平,，封鎖PWM,，這段時間由時鐘振蕩器OSC輸出脈沖寬度決定，即PWM信號的死區(qū)時間,。在振蕩器輸出脈沖下降同時,，或非門兩輸入均為低電平，經(jīng)或非門輸出為高電平,，V導通,。
圖3 理想空載下電流型PWM電路
簡言之，PWM信號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和誤差信號Ue共同決定,，最大脈寬的下降沿受振蕩器上升沿控制。圖4為其工作時序圖,。
圖4 工作時序圖
UC3842簡介
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電壓(一般為+2.5V)進行比較,，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,，當電源電壓異常時,，功率開關(guān)管的電流增大，當取樣電阻上的電壓超過1V時,，UC3842就停止輸出,，有效地保護了功率開關(guān)管。
4腳RT/CT是定時端,。鋸齒波振蕩器外接定時電容C和定時電阻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)動能力是±lA。這種圖騰柱結(jié)構(gòu)對被驅(qū)動的功率管的關(guān)斷有利,，因為當三極管VTl截止時,，VT2導通，為功率管關(guān)斷時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。當供電電壓低于 ＋16V時,，UC3824不工作,，此時耗電在1mA以下。輸入電壓可以通過一個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，低于+10V停止工作,。工作時耗電約為15mA,，此電流可通過反饋電阻提供。
8腳VREF是基準電壓輸出,，可輸出精確的+5V基準電壓,，電流可達50
mA。
UV3842的電壓調(diào)整率可達0.01%,，工作頻率為500kHz,，啟動電流小于1mA，輸入電壓為10～30V,，基準電壓為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。剛開機時,，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是斜坡補償電阻,。開關(guān)頻率 ,。C5為消噪電容，R10是過流檢測電阻,，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NMOS管導通時,，初級線圈N1電流線性增大，磁場增強,，次級線圈中VD4截止,，由電容C10向負載供電；此時,，脈沖變壓器原邊回路中VD2亦截止,，N1這時起存儲能量的作用。當NMOS管截止后,，初級線圈電流減小,，磁場減弱,，次級線圈回路中VD4導通，能量通過VD4及C10向負載釋放,，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，把電流信號變?yōu)殡妷盒盘?，送入UC3842作為比較電壓,，控制激勵脈沖的占空比，達到穩(wěn)壓目的,。二是變壓器T中的線圈N2間接采樣,，起到電壓反饋作用，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。電路剛啟動時由輸入電壓經(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，起到反饋作用,，使輸出電壓穩(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),，當輸入電壓升高時鋸齒波斜率增大,，使輸出激勵脈沖占空比減小，從而使輸出電壓維持穩(wěn)定,，反之亦然,，實際上相當于反饋控制。
總結(jié)
UC3842是目前流行的電流型PWM信號發(fā)生器,，具有精度高,、電壓穩(wěn)定、外圍電路簡單,、價格低廉等優(yōu)點,，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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