圖2 電流型PWM控制系統(tǒng)框圖
1. 3 電流型PWM控制的優(yōu)點(diǎn)
- 電壓調(diào)整率好。輸入電壓的變化立即引起電感電流的變化,電感電流的變化立即反映到電流控制回路而被抑制。不像電壓控制要經(jīng)過(guò)輸出電壓反饋到誤差放大器,然后再調(diào)節(jié)的復(fù)雜過(guò)程,所以響應(yīng)快。如果輸入電壓的變化是持續(xù)的,電壓反饋環(huán)也起作用,因而可以達(dá)到較高的線形調(diào)整率。
- 負(fù)載調(diào)整率好。由于電壓誤差放大器可專(zhuān)門(mén)用于控制占空比,以適應(yīng)負(fù)載變化造成的輸出電壓的變化,因而可大大改善負(fù)載調(diào)整率。
- 系統(tǒng)穩(wěn)定性好。從控制理論的角度講,電壓控制單閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)條件的二階穩(wěn)定系統(tǒng)。而電流控制雙閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)條件的一階穩(wěn)定系統(tǒng),系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
2 電流型PWM 控制芯片UC3844 的基本原理
UC3844 是電流型單端輸出式PWM ,其最大占空比為50% ,啟動(dòng)電壓16V ,具有過(guò)壓保護(hù)和欠壓鎖定功能。當(dāng)工作電壓大于34V 時(shí),穩(wěn)壓管穩(wěn)壓,使內(nèi)部電路在小于34 電壓下可靠工作;當(dāng)輸入電壓低于10V 時(shí),芯片被鎖定,控制器停止工作 。其內(nèi)部框圖和引腳圖如圖3 所示。
圖3 UC3844 內(nèi)部框圖及引腳圖
UC3844 的工作原理是:反饋電壓和2.5 V 基準(zhǔn)電壓之差,經(jīng)誤差放大器E/A 放大后作為門(mén)限電壓,與反饋電流經(jīng)采樣后的電壓,一起送到電流感應(yīng)比較器。當(dāng)電流取樣電壓超過(guò)門(mén)限電壓后,比較器輸出高電平觸發(fā)RS 觸發(fā)器,然后經(jīng)或非門(mén)輸出低電平,關(guān)斷功率管,并保持這種狀態(tài)直至振蕩器輸出脈沖到觸發(fā)器和或非門(mén)為止。這段時(shí)間的長(zhǎng)短由振蕩器輸出脈沖寬度決定。PWM 信號(hào)的上升沿由振蕩器決定,下降沿由功率開(kāi)關(guān)管電流和輸出電壓共同決定。反轉(zhuǎn)觸發(fā)器限制PWM 的占空比調(diào)節(jié)范圍在0～50 %之內(nèi)。
UC3844 的振蕩工作頻率由引腳4 與引腳8 之間所接定時(shí)電阻RT、腳4 與地之間所接定時(shí)電容CT 設(shè)定。計(jì)算公式為: f = 1/T = RTCT/0.55 = 1.72RTCT。
引腳2 是電壓反饋端,將取樣電壓加至E/A 誤差放大器的反相輸入端,與同向輸入端的2.5 V 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,產(chǎn)生誤差電壓。利用內(nèi)部E/A 誤差放大器可以構(gòu)成電壓環(huán)。引腳3 是電流反饋端,電流取樣電壓由引腳3 輸入到電流比較器。當(dāng)引腳3 電壓大于1V 時(shí),輸出關(guān)閉。利用引腳3 和電流比較器可以構(gòu)成電流環(huán)。引腳1 是補(bǔ)償端,外接阻容元件以補(bǔ)償誤差放大器的頻率特性。引腳8 為5V 基準(zhǔn)電壓,帶載能力50mA。引腳6 為推挽輸出端,有拉、灌電流的能力。引腳5 為公共端。引腳7 為集成塊工作電源端,電壓范圍為8V～40V。
UC3844 的輸出級(jí)為圖騰柱式電路,與SG3525 的一端完全相同。輸出平均電流值為±200mA ,最大峰值電流±1A ,可直接驅(qū)動(dòng)功率管。由于峰值電流自限,可以不要串入限流電阻。
對(duì)于電流型控制芯片UC3844 ,使輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)關(guān)斷的方法有兩種:一種是將引腳1 電壓降至1V 以下,另一種是將引腳3 電壓升至1V 以上。這兩種方法都是使電流比較器輸出高電平,PWM 鎖存器復(fù)位,關(guān)閉輸出端,直至下一個(gè)時(shí)鐘將PWM 鎖存器置位為止。根據(jù)這一原理,可以控制引腳1 、3 電壓的變化,實(shí)現(xiàn)各種必要的保護(hù)。
3 UC3844 在微機(jī)電源中的應(yīng)用
UC3844 的外圍電路簡(jiǎn)單,所用元件少,并且性能優(yōu)越,成本低。該芯片的最大占空比為50 % ,通常用于單端他激式變換器中。圖4 所示為由UC3844 構(gòu)成的微機(jī)電源主電路。
電路主拓?fù)洳捎脝味朔醇な诫娐?由UC3844 構(gòu)成主控芯片。單端反激式電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適宜多組輸出、可靠性高等特點(diǎn)。使用電流型控制模式將進(jìn)一步強(qiáng)化這些優(yōu)點(diǎn)。
在反激變換器中,開(kāi)關(guān)管所受應(yīng)力較高,這主要是開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)漏電感引起開(kāi)關(guān)管集電極電壓突然升高所致。抑制開(kāi)關(guān)應(yīng)力有兩個(gè)方法:一種是減小漏電感;另一種是耗散過(guò)壓的能量,或者使能量反饋回電源中。本文采用了第二種方法,在變壓器原邊并聯(lián)RCD 緩沖器。耗散過(guò)電壓的能量依靠并聯(lián)的RC 電路,能量反饋回電源依靠定向二極管D1 。
變壓器的設(shè)計(jì)是整個(gè)電路的關(guān)鍵之一。在設(shè)計(jì)變壓器時(shí),原邊電感量不能太大,并且磁心中要增加氣隙,否則會(huì)出現(xiàn)電流上升率小、導(dǎo)通時(shí)間短、電流上升值不大,導(dǎo)致電路沒(méi)有能力傳遞所需功率。同時(shí),在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)必須認(rèn)真考慮變壓器的磁飽和瞬時(shí)效應(yīng)。在瞬變負(fù)載情況下,當(dāng)輸入電壓較高而負(fù)載電流較小時(shí),如果負(fù)載電流突然增加,則控制電路會(huì)立即加寬輸出脈沖寬度來(lái)提供補(bǔ)充功率。這樣,輸入電壓和脈沖寬度同時(shí)變?yōu)樽畲?即使只是一個(gè)短暫的時(shí)間,但變壓器也會(huì)出現(xiàn)飽和,引起失控和故障。這就要求變壓器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按高輸入電壓、寬脈沖進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖中R1 、C4 構(gòu)成啟動(dòng)電路,當(dāng)C4 上的電壓超過(guò)15V 時(shí)電路啟動(dòng),然后由N4 、D1 、D2 、C2 、C4 、C5 、R6構(gòu)成自饋電路供電。該電壓同時(shí)也是電壓閉環(huán)的信號(hào)電壓。R10 為電流取樣電阻,流經(jīng)該電阻的電流產(chǎn)生的電壓經(jīng)濾波后送入引腳3 ,構(gòu)成電流控制閉環(huán)。與引腳4 、引腳8 相連的R5 、C8 是UC3844 的外部定時(shí)電阻和定時(shí)電容。引腳6 經(jīng)限流電阻直接驅(qū)動(dòng)功率管。引腳5 為輸入公共端。輸出與輸入相隔離,避免
共地干擾。高頻變壓器和功率開(kāi)關(guān)管都接有RCD 緩沖器,用于吸收尖峰電壓,防止功率開(kāi)關(guān)管的損傷。
4 結(jié)束語(yǔ)
利用UC3844 設(shè)計(jì)制作的微機(jī)電源具有良好的性能指標(biāo),動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,頻率響應(yīng)特性好;穩(wěn)定幅度大,過(guò)沖極小。負(fù)載調(diào)整率改善明顯,電壓調(diào)節(jié)范圍寬,紋波電壓小,系統(tǒng)穩(wěn)定,能很好地滿(mǎn)足微機(jī)的工作要求。
