基于UC3842脈寬調(diào)制的穩(wěn)壓電源研究

本文介紹UC3842的特點(diǎn)及原理，并對(duì)其電流控制型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)得出，這種電源具有頻響快、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率高等特點(diǎn)，是一種高性能開(kāi)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(gè)重要領(lǐng)域，其中高頻開(kāi)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(diǎn)，獲得了廣泛地應(yīng)用。開(kāi)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(gè)單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)慢，很難達(dá)到較高的線形調(diào)整率精度；后者是一個(gè)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(diǎn)。

本文介紹的UC3842是美國(guó)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和電壓控制型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源相比具有以下特點(diǎn)：

(1)管腳數(shù)量少，外圍電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉;

(2)電壓調(diào)整率很好;

(3)負(fù)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(guò)流限制、過(guò)壓保護(hù)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(jiǎn)介

2.1 主要特點(diǎn)

·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(kāi)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(dá)到0.01%，啟動(dòng)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(lái)精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測(cè)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(dòng)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(cè)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(dòng)信號(hào)，控制大功率晶體管的通斷狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，達(dá)到穩(wěn)壓目的，鋸齒波發(fā)生器提供恒定的時(shí)鐘頻率信號(hào)，利用誤差放大器和電流測(cè)定比較器形成電壓閉環(huán)，利用電流測(cè)定、電流測(cè)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(guò)輸出電感電流的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(shí)，脈寬調(diào)制器就會(huì)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dá)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，這種新型的控制方式使得開(kāi)關(guān)電源同時(shí)具有很高的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。

其工作原理為：220V的交流電經(jīng)過(guò)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(duì)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(jí)線圈中流過(guò)的電流在取樣電阻0.25Ω上建立的直流電壓反饋到電流測(cè)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(dòng)信號(hào)，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(gè)固定的數(shù)值。

比如，當(dāng)由于電源電壓變化或負(fù)載變化而引起輸出電壓降低時(shí)，則脈寬調(diào)制器會(huì)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(shí)間變長(zhǎng)；反之，當(dāng)由于電源電壓變化或負(fù)載變化而引起輸出電壓升高時(shí)，則脈寬調(diào)制器會(huì)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(shí)間變短，從而維持輸出電壓為一恒定值。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了檢驗(yàn)該電流控制型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能,本文按上述應(yīng)用電路進(jìn)行了測(cè)試，開(kāi)關(guān)電源的波形和負(fù)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(dòng)能力)測(cè)試

調(diào)節(jié)RPl使Vs (直流輸人電壓)減小，用萬(wàn)用表測(cè)量Vs改變前后的輸出電壓Vol和Voz，測(cè)5個(gè)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(fù)載調(diào)整率(抗負(fù)載波動(dòng)能力)測(cè)試

將RP3左旋到底，用萬(wàn)用表測(cè)量輸出電壓Vol，再將RP3右旋，測(cè)量輸出電壓Vo2，測(cè)5個(gè)數(shù)據(jù)，組成4組，則負(fù)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(fù)載調(diào)整率為：

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

4.3 開(kāi)關(guān)電源波形測(cè)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(jì)的電流控制型脈寬調(diào)制開(kāi)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(fù)載調(diào)整率低等缺點(diǎn)，將電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、體積小等優(yōu)點(diǎn)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。