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分享:如何設(shè)計(jì)電流型開關(guān)電源中電壓反饋電路?

發(fā)布時(shí)間:2013-09-11 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】由于傳統(tǒng)的電壓控制中一個(gè)環(huán)路的原因,使得動(dòng)態(tài)性能很差。而這個(gè)在要求誤差范圍小的地方就不能起到很好的作用。而電流開關(guān)模式可以很好的解決這個(gè)問題。那么如何設(shè)計(jì)電流型開關(guān)電源中電壓反饋電路呢?本文將詳細(xì)為大家分享一些心得!

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。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(duì)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(hào),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)。

uc3842簡介

為UC3842PWM控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

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。

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。

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(jí)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。
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UC3842常用的電壓反饋電路

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(hào),輸入U(xiǎn)C3842腳2(誤差放大器的反向輸入端)。如圖2。

圖2 輸出電壓直接分壓采樣

圖2 輸出電壓直接分壓采樣

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。

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(huì)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(huì)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(duì)某種固定負(fù)載的情況。

3、采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓


開關(guān)電源的電壓采樣電路


圖3 開關(guān)電源的電壓采樣電路

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(hào)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)椴捎昧斯怆婑詈掀?,?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(duì)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。
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4、采用光耦和電壓基準(zhǔn)進(jìn)行反饋控制的電路

逆變器的觸發(fā)脈沖波形

圖4 逆變器的觸發(fā)脈沖波形

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(huì)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?hào)傳輸時(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(hào)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(hào)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(huì)降低。而使用 UC3842內(nèi)部誤差放大器,則反饋信號(hào)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。

采用光藕和電壓基準(zhǔn)進(jìn)行反饋

圖5 采用光藕和電壓基準(zhǔn)進(jìn)行反饋

總結(jié):

可以根據(jù)具體要求選取不同的反饋方式。但對(duì)于多路輸出的反饋電路,由于對(duì)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)。
 

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