基于UC3842脈寬調(diào)制的穩(wěn)壓電源研究

本文介紹UC3842的特點及原理，并對其電流控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源進行分析和實驗。從實驗得出，這種電源具有頻響快、電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率高等特點，是一種高性能開關(guān)穩(wěn)壓電源。

1 引 言

電源裝置是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，其中高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小和重量輕等突出優(yōu)點，獲得了廣泛地應(yīng)用。開關(guān)電源的控制電路可以分為電壓控制型和電流控制型，前者是一個單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)慢，很難達到較高的線形調(diào)整率精度；后者是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電流控制型較電壓控制型有不可比擬的優(yōu)點。

本文介紹的UC3842是美國Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，由該集成電路構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源和電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源相比具有以下特點：

(1)管腳數(shù)量少，外圍電路簡單，價格低廉;

(2)電壓調(diào)整率很好;

(3)負載調(diào)整率明顯改善;

(4)頻響特性好，穩(wěn)定幅度大;

(5)具有過流限制、過壓保護和欠壓鎖定功能。

因此他是目前比較理想的新型的脈寬調(diào)制器，其內(nèi)部原理框圖如圖1所示。

2 UC3842簡介

2.1 主要特點

·工作電壓8-40V

·電流傳感和電壓反饋輸入一0.3～+5.5V

·誤差放大輸出吸人電流10mA

·欠壓鎖存功能

·占空比可調(diào)

·最高開關(guān)頻率500kHz，穩(wěn)定度0.2%，電源效率高

·內(nèi)部有高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)電壓源5.0V

·穩(wěn)定性能好，電壓調(diào)整率很容易達到0.01%，啟動電流小于0.1 mA，正常工作電流15mA2.2 工作原理

UC3842為8腳雙列直插式封裝形式，如圖1所示，他內(nèi)部主要由5.0V基準(zhǔn)電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測定比較器、PWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅(qū)動功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。

端1為COMP端;

端2為反饋端;

端3為電流測定;

端4接Rt，Ct確定鋸齒波頻率;

端5接地;

端6為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力;

端7為集成塊工作電源電壓，可以在8～40V;

端8為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓5 V，帶載能力50 mA。

電流控制型脈寬調(diào)制器能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可以調(diào)節(jié)的驅(qū)動信號，控制大功率晶體管的通斷狀態(tài)來調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，達到穩(wěn)壓目的，鋸齒波發(fā)生器提供恒定的時鐘頻率信號，利用誤差放大器和電流測定比較器形成電壓閉環(huán)，利用電流測定、電流測定比較器構(gòu)成電流閉環(huán)，在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感電流的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動信號的占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化，假如由于某種原因使輸出電壓升高時，脈寬調(diào)制器就會改變驅(qū)動信號的脈沖寬度，亦即占空比D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達到穩(wěn)壓目的，反之亦然。

3 應(yīng)用電路

圖2為芯片UC3842、橋式整流電路、高頻變壓器以及大功率晶體管構(gòu)成的電流控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源，這種新型的控制方式使得開關(guān)電源同時具有很高的電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率。

其工作原理為：220V的交流電經(jīng)過橋式整流電路、濾波電路得到一直流電壓，再由大功率晶體管不斷的導(dǎo)通和關(guān)斷對直流電壓斬波和高頻變壓器T2的降壓作用得到頻率為幾十kHz的矩形波電壓，然后經(jīng)整流濾波后得直流輸出電壓，其中高頻變壓器T2的自饋線圈Ns2中感應(yīng)的直流電壓反饋到誤差放大器并和基準(zhǔn)電壓比較得到誤差電壓Vr，初級線圈中流過的電流在取樣電阻0.25Ω上建立的直流電壓反饋到電流測定比較器的同相輸入端并和誤差電壓Vr相比較，從而產(chǎn)生脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動信號，使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化，輸出電壓穩(wěn)定在某個固定的數(shù)值。

比如，當(dāng)由于電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓降低時，則脈寬調(diào)制器會相應(yīng)的增大輸出PWM波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時間變長；反之，當(dāng)由于電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓升高時，則脈寬調(diào)制器會相應(yīng)的減小PWM波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時間變短，從而維持輸出電壓為一恒定值。4 實驗結(jié)果

為了檢驗該電流控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源的性能,本文按上述應(yīng)用電路進行了測試，開關(guān)電源的波形和負載調(diào)整率、電壓調(diào)整率如圖3、表1、表2所示。

4.1 電壓調(diào)整率(抗電壓波動能力)測試

調(diào)節(jié)RPl使Vs (直流輸人電壓)減小，用萬用表測量Vs改變前后的輸出電壓Vol和Voz，測5個數(shù)據(jù)，組成4組，電壓調(diào)整率為Vo1一V02/Vo X 100%。

從表1所得到的數(shù)據(jù)可以算出該穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率為：

(0.009%+0.018%十0+0.018%)/4=0.011%/V

4.2 負載調(diào)整率(抗負載波動能力)測試

將RP3左旋到底，用萬用表測量輸出電壓Vol，再將RP3右旋，測量輸出電壓Vo2，測5個數(shù)據(jù)，組成4組，則負載調(diào)整率為Vol-V02/Vo1X100%。

從表2所得到的數(shù)據(jù)可以算出該穩(wěn)壓電源的負載調(diào)整率為：

(2.17%+2.59%+1.61%+2.03%)/4=2.10%/V

4.3 開關(guān)電源波形測試

用示波器觀察輸出電壓V0的波形圖如圖3所示。

5 總結(jié)

本文利用集成芯片UC3842設(shè)計的電流控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源，克服了普通電源頻響慢、電壓調(diào)整率低、負載調(diào)整率低等缺點，將電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低、體積小等優(yōu)點體現(xiàn)的淋漓盡致，是目前工業(yè)及電源應(yīng)用的理想電源。