電流控制模式多路輸出開關(guān)電源的研制

摘要：介紹了開關(guān)電源電流型PWM控制技術(shù)的原理和優(yōu)點(diǎn)，并基于UC3842芯片設(shè)計(jì)了＋5V/4A，±12V/1A三路輸出的反激式電源，具體分析了電路的工作原理和高頻變壓器參數(shù)的計(jì)算。

關(guān)鍵詞：脈寬調(diào)制；電流控制模式；反激式

0 引言

近年來，開關(guān)電源在通信、工業(yè)自動化、航空、儀表儀器等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。新穎的電流型PWM克服了傳統(tǒng)的電壓型PWM的缺點(diǎn)，使開關(guān)電源具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)、高度的穩(wěn)定性、更好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，特別是其內(nèi)在的限流能力，使過載及短路保護(hù)簡單可靠。電流型PWM集成控制器已經(jīng)產(chǎn)品化，本設(shè)計(jì)使用的就是典型的Unitrode公司產(chǎn)品UC3842，其特別適合于小功率型開關(guān)電源。

1 電流控制模式的原理及優(yōu)點(diǎn)

圖1所示為反激式開關(guān)電源的電壓、電流雙閉環(huán)控制的原理。時(shí)鐘以固定頻率發(fā)送脈沖，脈沖到來時(shí)，鎖存器置“1”，開關(guān)管導(dǎo)通，變壓器原邊電流上升。上升到由誤差信號Ue決定的閾值時(shí)，PWM比較器輸出高電平，鎖存器復(fù)位，功率開關(guān)管關(guān)斷，直到下個(gè)脈沖的到來。當(dāng)輸入電壓升高時(shí)，系統(tǒng)有很快的動態(tài)響應(yīng)，對電壓擾動實(shí)現(xiàn)前饋抑 制 。 同 時(shí) ， 電 壓 誤 差 放 大 器 有 很 高 的 增 益 ， 不 影 響 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 性 ， 且 改 善 了 負(fù) 載 調(diào) 整 率 。 逐 個(gè) 脈 沖 電 流 檢 測 限 制 可 以 簡 化 過 流 保 護(hù) 電 路 ， 峰 值 限 制 最 大 輸 出 電 流 ， 保 證 電 源 工 作 可 靠 ， 變 壓 器 和 功 率 器 件 不 必 有 較 大 的 裕 量 。

圖 1 雙 閉 環(huán) 電 流 模 式 控 制 原 理

2 電路原理與設(shè)計(jì)

2.1 UC3842簡單介紹

UC3842是一種單端輸出的峰值電流PWM控制芯片，管腳示意如圖2所示。其內(nèi)部有誤差放大器、PWM調(diào)制、鎖存、振蕩時(shí)鐘等基本模塊，還有欠壓鎖定、過壓保護(hù)、基準(zhǔn)電源、低起動電流、電流圖騰輸出等功能。電壓滯環(huán)的起動電壓是16V，關(guān)閉電壓是10V，6V的起動與關(guān)閉電壓差可有效防止電路在閥值電壓附近工作而引起的振蕩。芯片起動電流1mA，所以，芯片可以對高壓用電阻降壓起動，待起動完成后由饋電繞組供電。補(bǔ)償端接RC網(wǎng)絡(luò)來改變誤差放大器的閉環(huán)增益和頻率響應(yīng)。電流反饋端Ucs>1V時(shí)輸出脈沖關(guān)斷，起到逐個(gè)脈沖限流保護(hù)。時(shí)鐘由外接阻容RT和CT決定。

圖2 UC3842的 管 腳 排 列

2.2 電路的模塊分析

圖3是以UC3842作為控制器的單端反激式開關(guān)電源的電路圖,輸出分別為＋5V/4A及±12V/1A。電路對＋5V輸出用4N35光耦進(jìn)行電壓采樣來精確穩(wěn)壓，±12V輸出加三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓。圖3中L1抑制共模干擾，RT是熱敏電阻，限制上電的沖擊電流，ZMR是壓敏電阻，防止雷擊，C4濾除工頻信號；R2，C18，D5用于吸收開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器漏感產(chǎn)生的過電壓；R6及C8用于濾除MOSFET開通時(shí)的電流尖峰，避免對檢測電流信號的干擾；R9及C11構(gòu)成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；R1是檢測電阻，用以把變壓器原邊的電流轉(zhuǎn)化成電壓，R7是起動電阻，起動完成后由饋電繞組經(jīng)過D6及C7供電；R8及C5決定振蕩器頻率fosc=(kHz)，本設(shè)計(jì)中為50kHz；L2，C15，C16組成π型濾波，濾除低頻，而C10濾除高頻；R11是假性負(fù)載，因?yàn)椋_關(guān)電源要求在空載下能工作，而反激式變換器必須保證磁路復(fù)位，否則會造成變壓器磁芯飽和，燒壞主功率管。R15及C20吸收副邊整流管的尖峰。TL431是精密可調(diào)基準(zhǔn)電源，調(diào)節(jié)RES3可以改變輸出電壓。

圖 3 電 流 型 反 激 式 三 路 輸 出 開 關(guān) 穩(wěn) 壓 電 源