电流控制模式多路输出开关电源的研制

摘要：介绍了开关电源电流型PWM控制技术的原理和优点，并基于UC3842芯片设计了＋5V/4A，±12V/1A三路输出的反激式电源，具体分析了电路的工作原理和高频变压器参数的计算。

关键词：脉宽调制；电流控制模式；反激式

0 引言

近年来，开关电源在通信、工业自动化、航空、仪表仪器等领域的应用越来越广泛。新颖的电流型PWM克服了传统的电压型PWM的缺点，使开关电源具有快速的瞬态响应、高度的稳定性、更好的电压调整率和负载调整率，特别是其内在的限流能力，使过载及短路保护简单可靠。电流型PWM集成控制器已经产品化，本设计使用的就是典型的Unitrode公司产品UC3842，其特别适合于小功率型开关电源。

1 电流控制模式的原理及优点

图1所示为反激式开关电源的电压、电流双闭环控制的原理。时钟以固定频率发送脉冲，脉冲到来时，锁存器置“1”，开关管导通，变压器原边电流上升。上升到由误差信号Ue决定的阈值时，PWM比较器输出高电平，锁存器复位，功率开关管关断，直到下个脉冲的到来。当输入电压升高时，系统有很快的动态响应，对电压扰动实现前馈抑 制 。 同 时 ， 电 压 误 差 放 大 器 有 很 高 的 增 益 ， 不 影 响 系 统 的 稳 定 性 ， 且 改 善 了 负 载 调 整 率 。 逐 个 脉 冲 电 流 检 测 限 制 可 以 简 化 过 流 保 护 电 路 ， 峰 值 限 制 最 大 输 出 电 流 ， 保 证 电 源 工 作 可 靠 ， 变 压 器 和 功 率 器 件 不 必 有 较 大 的 裕 量 。

图 1 双 闭 环 电 流 模 式 控 制 原 理

2 电路原理与设计

2.1 UC3842简单介绍

UC3842是一种单端输出的峰值电流PWM控制芯片，管脚示意如图2所示。其内部有误差放大器、PWM调制、锁存、振荡时钟等基本模块，还有欠压锁定、过压保护、基准电源、低起动电流、电流图腾输出等功能。电压滞环的起动电压是16V，关闭电压是10V，6V的起动与关闭电压差可有效防止电路在阀值电压附近工作而引起的振荡。芯片起动电流1mA，所以，芯片可以对高压用电阻降压起动，待起动完成后由馈电绕组供电。补偿端接RC网络来改变误差放大器的闭环增益和频率响应。电流反馈端Ucs>1V时输出脉冲关断，起到逐个脉冲限流保护。时钟由外接阻容RT和CT决定。

图2 UC3842的 管 脚 排 列

2.2 电路的模块分析

图3是以UC3842作为控制器的单端反激式开关电源的电路图,输出分别为＋5V/4A及±12V/1A。电路对＋5V输出用4N35光耦进行电压采样来精确稳压，±12V输出加三端稳压器稳压。图3中L1抑制共模干扰，RT是热敏电阻，限制上电的冲击电流，ZMR是压敏电阻，防止雷击，C4滤除工频信号；R2，C18，D5用于吸收开关管关断时，变压器漏感产生的过电压；R6及C8用于滤除MOSFET开通时的电流尖峰，避免对检测电流信号的干扰；R9及C11构成补偿网络；R1是检测电阻，用以把变压器原边的电流转化成电压，R7是起动电阻，起动完成后由馈电绕组经过D6及C7供电；R8及C5决定振荡器频率fosc=(kHz)，本设计中为50kHz；L2，C15，C16组成π型滤波，滤除低频，而C10滤除高频；R11是假性负载，因为，开关电源要求在空载下能工作，而反激式变换器必须保证磁路复位，否则会造成变压器磁芯饱和，烧坏主功率管。R15及C20吸收副边整流管的尖峰。TL431是精密可调基准电源，调节RES3可以改变输出电压。

图 3 电 流 型 反 激 式 三 路 输 出 开 关 稳 压 电 源