淺談如何執(zhí)行電流型開關(guān)電源中電壓反饋電路的設(shè)計(jì)

　　摘要：在傳統(tǒng)的電壓型控制中，只有一個(gè)環(huán)路，動(dòng)態(tài)性能差。當(dāng)輸入電壓有擾動(dòng)時(shí)，通過電壓環(huán)反饋引起占空比的改變速度比較慢。因此，在要求輸出電壓的瞬態(tài)誤差較小的場合，電壓型控制模式是不理想的。為了解決這個(gè)問題，可以采用電流型控制模式。下文將介紹電流型開關(guān)電源中電壓反饋電路的設(shè)計(jì)方案。

　　1 電路類別、實(shí)現(xiàn)主要功能描述

　　下圖所示電路屬于電壓反饋電路，當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，通過此反饋電路反饋給控制芯片，從而調(diào)節(jié)輸出電壓，使輸出電壓穩(wěn)定。 電路如下圖：

　　電壓反饋電路

　　1.2工作原理分析

　　當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，通過R27和R28分壓，U15的反相輸入端電壓變化，通過和U15的同相輸入端的固定電壓比較，通過運(yùn)放放大輸出變化的電壓，從而通過光耦發(fā)光二極管端的電流變化，傳 到光耦的三級管輸出變化，再輸入到控制芯片，控制芯片再調(diào)節(jié)輸出電壓，從而達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定。

　　2 uc3842簡介

　　圖1為UC3842PWM控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。其內(nèi)部基準(zhǔn)電路產(chǎn)生+5V基準(zhǔn)電壓作為UC3842內(nèi)部電源，經(jīng)衰減得2.5V電壓作為誤差放大器基準(zhǔn)，并可作為電路輸出5V/50mA的電源。振蕩器產(chǎn)生方波振蕩，振蕩頻率取決于外接定時(shí)元件，接在4腳與8腳之間的電阻R與接在4腳與地之間的電容C共同決定了振蕩器的振蕩頻率，f=1.8/RC.反饋電壓由2腳接誤差放大器反相端。1腳外接RC網(wǎng)絡(luò)以改變誤差放大器的閉環(huán)增益和頻率特性，6腳輸出驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的方波為圖騰柱輸出。3腳為電流檢測端，用于檢測開關(guān)管的電流，當(dāng)3腳電壓≥1V時(shí)，UC3842就關(guān)閉輸出脈沖，保護(hù)開關(guān)管不至于過流損壞。 UC3842PWM控制器設(shè)有欠壓鎖定電路，其開啟閾值為16V，關(guān)閉閾值為10V.正因如此，可有效地防止電路在閾值電壓附近工作時(shí)的振蕩。

　　1.1 UC3842具有以下特點(diǎn)：

　　1、管腳數(shù)量少，外圍電路簡單，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、具有過流限制、過壓保護(hù)和欠壓鎖定功能。

　　1.2 UC3842具有良好的線性調(diào)整率

　　因?yàn)檩斎腚妷篤i的變化立即反應(yīng)為電感電流的變化，它不經(jīng)過任何誤差放大器就能在比較器中改變輸出脈沖寬度，再增加一級輸出電壓Vo至誤差放大器的控制，能使線性調(diào)整率更好；可明顯地改善負(fù)載調(diào)整率，因?yàn)檎`差放大器可專門用于控制由于負(fù)載變化造成的輸出電壓變化，特別使輕負(fù)載時(shí)電壓升高的幅度大大減小。誤差放大器的外電路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)得到簡化，穩(wěn)定度提高并改善了頻響，具有更大的增益帶寬乘積。電流限制電路得到簡化，由于電阻上感應(yīng)出尖峰電感電流，故能自然形成逐個(gè)脈沖限制電路，只要Rs上電平達(dá)到1V，PWM就立即關(guān)斷，而且這種峰值電感電流檢測技術(shù)可以靈敏地限制輸出的最大電流。

　　3 UC3842常用的電壓反饋電路

　　3.1輸出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入

　　輸出電壓Vo經(jīng)兩電阻分壓后作為采樣信號，輸入U(xiǎn)C3842腳2（誤差放大器的反向輸入端）。如圖2.

　　這種電路的優(yōu)點(diǎn)是采樣電路簡單，缺點(diǎn)是輸入電壓和輸出電壓必須共地，不能做到電氣隔離。勢必引起電源布線的困難，而且電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，容易引起電磁干擾，必然帶來電路設(shè)計(jì)的困難，所以這種方法很少使用。

　　3.2 輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入

　　單端反激式變壓器T的輔助繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓隨著輸出電壓升高而升高，該電壓經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)后得到一直流電壓，給UC3842供電。同時(shí)該電壓經(jīng)兩電阻分壓后作為采樣電壓，送入U(xiǎn)C3842的腳2.

　　當(dāng)UC3842啟動(dòng)后，若反饋繞組不能提供足夠的UF，電路就會不停地起動(dòng) ，出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。另外，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，若UF大于17.5V時(shí)， 也會引起UC3842工作異常，導(dǎo)致輸出脈沖占空比變小，輸出電壓變低。故而反饋繞組匝數(shù)的選取及其纏繞是非常重要的，一般可按13~15V設(shè)計(jì)，使 UC3842正常工作時(shí)，7腳的電壓維持 在13V左右。

　　這種電路的優(yōu)點(diǎn)是采樣電路簡單，副邊繞組、原邊繞組和輔助繞組之間沒有任何的電氣通路，容易布線。缺點(diǎn)是并非從副邊繞組直接得到采樣電壓，穩(wěn)壓效果不好，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電源的負(fù)載變化較大時(shí)，基本上不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。該電路適用于針對某種固定負(fù)載的情況。

　　3.3 采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓

　　如圖3所示，該開關(guān)電源的電壓采樣電路有兩路：一是輔助繞組的電壓經(jīng)D1，D2，C1，C2，C3，R9組成的整流、濾波和穩(wěn)壓后得到16V的直流電壓給UC3842供電，另外，該電壓經(jīng)R2及R4分壓后得到一采樣電壓，該路采樣電壓主要反映了直流母線電壓的變化；另一路是光電耦合器、三端可調(diào)穩(wěn)壓管Z和R4，R5，R6，R7，R8組成的電壓采樣電路，該路電壓反映了輸出電壓的變化；當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)電阻R7及R8分壓后輸入Z的參考電壓也升高，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值升高，流過光耦中發(fā)光二極管的電流減小，流過光耦中的光電三極管的電流也相應(yīng)的減小，誤差放大器的輸入反饋電壓降低，導(dǎo)致UC3842腳6輸出驅(qū)動(dòng)信號的占空比變小，于是輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

　　該電路因?yàn)椴捎昧?a target="_blank">光電耦合器，實(shí)現(xiàn)了輸出和輸入的隔離，弱電和強(qiáng)電的隔離，減少了電磁干擾，抗干擾能力較強(qiáng)，而且是對輸出電壓采樣，有很好的穩(wěn)壓性能。缺點(diǎn)是外接元器件增多，增加了布線的困難，增加了電源的成本。

　　3.4 采用光耦和電壓基準(zhǔn)進(jìn)行反饋控制的電路

　　為了滿足負(fù)載變化較大時(shí)的供電要求。提高輸出電壓的穩(wěn)定度，設(shè)計(jì)了一種從副邊繞組輸出端取樣進(jìn)行反饋控制的電路。電路如圖4所示：電壓采樣及反饋電路由光耦PC8I7、TL431及與之相連的阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其控制原理如下：輸出電壓經(jīng)RIJ、R？分壓后得到采樣電壓，此采樣電壓與TL431提供的 2.5 V參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電壓正常（5 V）時(shí)，采樣電壓與TL431提供的2.5V參考電壓相等，則TL431的K極電位不變。流過光耦二極管的電流不變，流過光耦CE的電流不變。 UC3842的腳1電位穩(wěn)定，輸出驅(qū)動(dòng)的占空比不變，輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值不變。當(dāng)輸出5 V電壓因?yàn)槟撤N原因偏高時(shí)，經(jīng)分壓電阻RIJ、R？分壓值就會大于2.5 V，則TL431的K極電位下降，流過光耦二極管的電流增大，則流過光耦CE的電流增大。UC3842的腳1電位下降，腳6輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比下降，輸出電壓降低，這樣就完成了反饋穩(wěn)壓的過程。在使用UC3842來控制開關(guān)電源的占空比時(shí)，常規(guī)的用法是在UC3842的腳1、2之間加R 網(wǎng)絡(luò)，用光耦和TL431等元件組成電源的反饋控制回路，把光耦的C極接到UC3842的腳2作為輸出電壓的反饋。圖3所示的電路沒有采用這種接法，而是把光耦的C極直接連到UC3842的腳1作為輸出的電壓反饋，腳2直接接地。UC3842的腳2是其內(nèi)部誤差放大器的反向輸入端，腳1是誤差放大器的輸出端。這種接法略過了UC3842內(nèi)部的放大器，這是因?yàn)榉糯笃饔米餍盘杺鬏敃r(shí)都有它的傳輸時(shí)間，輸出與輸入并不是同時(shí)建立，不用UC3842的內(nèi)部放大器。其好處是把反饋信號的傳輸耗時(shí)縮短了一個(gè)放大器的傳輸時(shí)間，從而使電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快。另外，TL431內(nèi)部本身就有一個(gè)高增益誤差放大器，只不過它與高壓側(cè)隔離了，因此反饋信號經(jīng)TL431內(nèi)的放大器和光耦后直接控制UC3842內(nèi)部誤差放大器的輸出端（腳1），其控制精度并不會降低。而使用 UC3842內(nèi)部誤差放大器，則反饋信號連續(xù)通過了兩個(gè)高增益誤差放大器，增加了傳輸時(shí)間。該電路通過輸出端采樣然后通過光電隔離反饋到UC3842的腳 1，略過了UC3842內(nèi)部的放大器，縮短了傳輸時(shí)間使電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快。同時(shí)利用TL431內(nèi)部的高增益誤差放大器，保證了高控制精度。這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、外接元件較少，而且在電壓采樣電路中采用了三端可調(diào)電壓基準(zhǔn)，使得輸出電壓在負(fù)載發(fā)生較大的變化時(shí)，輸出電壓基本上沒有變化。實(shí)驗(yàn)證明該電路具有很好的穩(wěn)壓效果。

　　4 電流型控制方法的優(yōu)勢

　　電流型控制既保留了電壓型控制的輸出電壓反饋，又增加了電感電流反饋；而且這個(gè)電流反饋就作為PWM控制變換器的斜坡函數(shù)，從而不再需要鋸齒波發(fā)生器，使系統(tǒng)的性能具有明顯的優(yōu)越性。電流型控制方法的特點(diǎn)如下：

　　1、系統(tǒng)具有快速的輸入、輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)和高度的穩(wěn)定性；

　　2、很高的輸出電壓精度；

　　3、具有內(nèi)在對功率開關(guān)電流的控制能力；

　　4、良好的并聯(lián)運(yùn)行能力。 由于反饋電感電流的變化率didt直接跟隨輸入電壓和輸出電壓的變化而變化。電壓反饋回路中，誤差放大器的輸出作為電流給定信號，與反饋的電感電流比較，直接控制功率開關(guān)通斷的占空比，所以電壓反饋是電流型電源設(shè)計(jì)中很重要的問題。本文介紹使用電流型控制芯片uc3842時(shí)，電壓反饋電路的設(shè)計(jì)。

　　5 結(jié)語

　　可以根據(jù)具體要求選取不同的反饋方式。但對于多路輸出的反饋電路，由于對于每個(gè)輸出應(yīng)用場合的不同，要求輸出精度不同，所以在反饋中各個(gè)正極性輸出端占反饋量的比例也不同。要根據(jù)具體要求具體設(shè)計(jì)以滿足應(yīng)用要求，例如要求輸出+5v +12v兩種正電壓時(shí)，由于前者經(jīng)常用于精度比較高的場合，所以在反饋中占的比例比較大，可取為60%，而后者取為40%.由于有多路輸出，故在副邊繞組中可以采用疊加技術(shù)，以減少變壓器繞組匝數(shù)。