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基于电流型PWM集成控制器UC3842/3843的隔离单端反激式开关电源

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作者:同济大学中德学院 关振海 时间:2007-01-26来源:《电子查询网》


引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/20950.htm

开关以其高效率、小体积等优点获得了广泛应用。传统的开关普遍采用电压型脉宽调制(pwm)技术,而近年电流型pwm技术得到了飞速发展。相比电压型pwm,电流型pwm具有更好的电压调整率和负载调整率,系统的稳定性和动态特性也得以明显改善,特别是其内在的限流能力和并联均流能力使控制电路变得简单可靠。

电流型pwm集成控制器已经产品化,极大推动了小功率开关的发展和应用,电流型pwm控制小功率电源已经取代电压型pwm控制小功率电源。unitrode公司推出的uc3842系列控制芯片是电流型pwm控制器的典型代表。

dc/dc转换器

转换器是开关电源中最重要的组成部分之一,其有5种基本类型:单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式和全桥式转换器。下面重点分析隔离式单端反激转换电路,电路结构图如图1所示。

电路工作过程如下:当m1导通时,它在变压器初级电感线圈中存储能量,与变压器次级相连的二极管vd处于反偏压状态,所以二极管vd截止,在变压器次级无电流流过,即没有能量传递给负载;当m1截止时,变压器次级电感线圈中的电压极性反转,使vd导通,给输出电容c充电,同时负载r上也有电流i流过。m1导通与截止的等效拓扑如图2所示。

电流型pwm

与电压型pwm比较,电流型pwm控制在保留了输出电压反馈控制外,又增加了一个电感电流反馈环节,并以此电流反馈作为pwm所必须的斜坡函数。

下面分析理想空载下电流型pwm电路的工作情况(不考虑互感)。电路如图3所示。设v导通,则有

l·dil/dt = ui (1)

il以斜率ui/l线性增长,l为t1原边电感。经无感电阻r1采样ud=r1?il送到脉宽比较器a2与ue比较,当ud>ue,a2输出高电平,送到rs锁存器的复位端,此时或非门的两个输入中必有一个高电平,经过或非门输出低电平关断功率开关管v。当时钟输出为高电平时,或非门输出始终为低电平,封锁pwm,这段时间由时钟振荡器osc输出脉冲宽度决定,即pwm信号的死区时间。在振荡器输出脉冲下降同时,或非门两输入均为低电平,经或非门输出为高电平,v导通。

简言之,pwm信号的上升沿由振荡器下降沿决定,而pwm的下降沿由电感电流限值信号和误差信号ue共同决定,最大脉宽的下降沿受振荡器上升沿控制。图4为其工作时序图。

uc3842简介

unitrode公司的uc3842是一种高性能固定频率电流型控制器,包含误差放大器、pwm比较器、pwm锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定等单元,其结构图如图5所示。

各管脚功能简介如下。

1脚comp是内部误差放大器的输出端,通常此脚与2脚之间接有反馈网络,以确定误差放大器的增益和频响。

2脚feed back是反馈电压输入端,此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压(一般为+2.5v)进行比较,产生控制电压,控制脉冲的宽度。

3脚isense是电流传感端。在外围电路中,在功率开关管(如vmos管)的源极串接一个小阻值的取样电阻,将脉冲变压器的电流转换成电压,此电压送入3脚,控制脉宽。此外,当电源电压异常时,功率开关管的电流增大,当取样电阻上的电压超过1v时,uc3842就停止输出,有效地保护了功率开关管。

4脚rt/ct是定时端。锯齿波振荡器外接定时电容c和定时电阻r的公共端。

5脚gnd是接地。

6脚out是输出端,此脚为图滕柱式输出,驱动能力是±la。这种图腾柱结构对被驱动的功率管的关断有利,因为当三极管vtl截止时,vt2导通,为功率管关断时提供了低阻抗的反向抽取电流回路,加速功率管的关断。

7脚vcc是电源。当供电电压低于 +16v时,uc3824不工作,此时耗电在1ma以下。输入电压可以通过一个大阻值电阻从高压降压获得。芯片工作后,输入电压可在+10~+30v之间波动,低于+10v停止工作。工作时耗电约为15ma,此电流可通过反馈电阻提供。

8脚vref是基准电压输出,可输出精确的+5v基准电压,电流可达50ma。

uv3842的电压调整率可达0.01%,工作频率为500khz,启动电流小于1ma,输入电压为10~30v,基准电压为4.9~5.1v,工作温度为0~70℃,输出电流为1a。

开关稳压电源

由uc3842构成的开关电源电路如图6所示,t为高频变压器。刚开机时,220v交流电先通过pnf滤掉射频干扰,再经过整流滤波获得约+300v直流电压,然后经r2降压后向uc3842提供+16v启动电压。r1是限流电阻,c1为滤波电容。正常工作后,自馈线圈n2上的高频电压经过vd1、c1整流滤波,就作为uc3842的正常工作电压。r5、c4用以改善内部误差放大器的频率响应,r1是斜坡补偿电阻。开关频率 。c5为消噪电容,r10是过流检测电阻,r7是vmos开关功率管的栅极限流电阻。由c8、vd1、r11、vd2、c9构成两级吸收回路,用于吸收尖峰电压。vd1和vd3选用恢复二极管fr305。vd4为输出级的整流管,采用肖特基二极管,以满足高频、大电流整流之需要。

当nmos管导通时,初级线圈n1电流线性增大,磁场增强,次级线圈中vd4截止,由电容c10向负载供电;此时,脉冲变压器原边回路中vd2亦截止,n1这时起存储能量的作用。当nmos管截止后,初级线圈电流减小,磁场减弱,次级线圈回路中vd4导通,能量通过vd4及c10向负载释放,输出直流电压,部分能量由vd2向电阻r12和电容c9释放。

为保证开关电源输出直流电压不受干扰,电路中提供了稳压电路。一是采用nmos管源极串接电阻r9,把电流信号变为电压信号,送入uc3842作为比较电压,控制激励脉冲的占空比,达到稳压目的。二是变压器t中的线圈n2间接采样,起到电压反馈作用,n2间接采样后,经过vd1和c3整流,在c3上取样,该电压一方面经过r3和r4分压送到uc3842的2管脚加到误差放大器a3的反相输入端,另一方面直接送到uc3842的7管脚,作为芯片供电电压。电路刚启动时由输入电压经整流滤波降压给芯片供电,工作后由反馈电压供电,因而uc3842的电源电压反映了输出电压的变化,起到反馈作用,使输出电压稳定。三是在uc3842中,锯齿波发生器输出锯齿波的斜率还与输入电压有关,当输入电压升高时锯齿波斜率增大,使输出激励脉冲占空比减小,从而使输出电压维持稳定,反之亦然,实际上相当于反馈控制。
 
总结

uc3842是目前流行的电流型pwm信号发生器,具有精度高、电压稳定、外围电路简单、价格低廉等优点,广泛应用在输出电压范围是4.9~5.1v、功率为20~60w的小型功率开关电源中。

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关键词: 模拟IC 电源

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