图2 电流型PWM控制系统框图
1. 3 电流型PWM控制的优点
- 电压调整率好。输入电压的变化立即引起电感电流的变化,电感电流的变化立即反映到电流控制回路而被抑制。不像电压控制要经过输出电压反馈到误差放大器,然后再调节的复杂过程,所以响应快。如果输入电压的变化是持续的,电压反馈环也起作用,因而可以达到较高的线形调整率。
- 负载调整率好。由于电压误差放大器可专门用于控制占空比,以适应负载变化造成的输出电压的变化,因而可大大改善负载调整率。
- 系统稳定性好。从控制理论的角度讲,电压控制单闭环系统是一个无条件的二阶稳定系统。而电流控制双闭环系统是一个无条件的一阶稳定系统,系统稳定性好。
2 电流型PWM 控制芯片UC3844 的基本原理
UC3844 是电流型单端输出式PWM ,其最大占空比为50% ,启动电压16V ,具有过压保护和欠压锁定功能。当工作电压大于34V 时,稳压管稳压,使内部电路在小于34 电压下可靠工作;当输入电压低于10V 时,芯片被锁定,控制器停止工作 。其内部框图和引脚图如图3 所示。
图3 UC3844 内部框图及引脚图
UC3844 的工作原理是:反馈电压和2.5 V 基准电压之差,经误差放大器E/A 放大后作为门限电压,与反馈电流经采样后的电压,一起送到电流感应比较器。当电流取样电压超过门限电压后,比较器输出高电平触发RS 触发器,然后经或非门输出低电平,关断功率管,并保持这种状态直至振荡器输出脉冲到触发器和或非门为止。这段时间的长短由振荡器输出脉冲宽度决定。PWM 信号的上升沿由振荡器决定,下降沿由功率开关管电流和输出电压共同决定。反转触发器限制PWM 的占空比调节范围在0～50 %之内。
UC3844 的振荡工作频率由引脚4 与引脚8 之间所接定时电阻RT、脚4 与地之间所接定时电容CT 设定。计算公式为: f = 1/T = RTCT/0.55 = 1.72RTCT。
引脚2 是电压反馈端,将取样电压加至E/A 误差放大器的反相输入端,与同向输入端的2.5 V 基准电压进行比较,产生误差电压。利用内部E/A 误差放大器可以构成电压环。引脚3 是电流反馈端,电流取样电压由引脚3 输入到电流比较器。当引脚3 电压大于1V 时,输出关闭。利用引脚3 和电流比较器可以构成电流环。引脚1 是补偿端,外接阻容元件以补偿误差放大器的频率特性。引脚8 为5V 基准电压,带载能力50mA。引脚6 为推挽输出端,有拉、灌电流的能力。引脚5 为公共端。引脚7 为集成块工作电源端,电压范围为8V～40V。
UC3844 的输出级为图腾柱式电路,与SG3525 的一端完全相同。输出平均电流值为±200mA ,最大峰值电流±1A ,可直接驱动功率管。由于峰值电流自限,可以不要串入限流电阻。
对于电流型控制芯片UC3844 ,使输出驱动信号关断的方法有两种:一种是将引脚1 电压降至1V 以下,另一种是将引脚3 电压升至1V 以上。这两种方法都是使电流比较器输出高电平,PWM 锁存器复位,关闭输出端,直至下一个时钟将PWM 锁存器置位为止。根据这一原理,可以控制引脚1 、3 电压的变化,实现各种必要的保护。
3 UC3844 在微机电源中的应用
UC3844 的外围电路简单,所用元件少,并且性能优越,成本低。该芯片的最大占空比为50 % ,通常用于单端他激式变换器中。图4 所示为由UC3844 构成的微机电源主电路。
电路主拓扑采用单端反激式电路,由UC3844 构成主控芯片。单端反激式电路具有结构简单、适宜多组输出、可靠性高等特点。使用电流型控制模式将进一步强化这些优点。
在反激变换器中,开关管所受应力较高,这主要是开关关断时漏电感引起开关管集电极电压突然升高所致。抑制开关应力有两个方法:一种是减小漏电感;另一种是耗散过压的能量,或者使能量反馈回电源中。本文采用了第二种方法,在变压器原边并联RCD 缓冲器。耗散过电压的能量依靠并联的RC 电路,能量反馈回电源依靠定向二极管D1 。
变压器的设计是整个电路的关键之一。在设计变压器时,原边电感量不能太大,并且磁心中要增加气隙,否则会出现电流上升率小、导通时间短、电流上升值不大,导致电路没有能力传递所需功率。同时,在设计变压器时必须认真考虑变压器的磁饱和瞬时效应。在瞬变负载情况下,当输入电压较高而负载电流较小时,如果负载电流突然增加,则控制电路会立即加宽输出脉冲宽度来提供补充功率。这样,输入电压和脉冲宽度同时变为最大,即使只是一个短暂的时间,但变压器也会出现饱和,引起失控和故障。这就要求变压器设计时应按高输入电压、宽脉冲进行设计。
图中R1 、C4 构成启动电路,当C4 上的电压超过15V 时电路启动,然后由N4 、D1 、D2 、C2 、C4 、C5 、R6构成自馈电路供电。该电压同时也是电压闭环的信号电压。R10 为电流取样电阻,流经该电阻的电流产生的电压经滤波后送入引脚3 ,构成电流控制闭环。与引脚4 、引脚8 相连的R5 、C8 是UC3844 的外部定时电阻和定时电容。引脚6 经限流电阻直接驱动功率管。引脚5 为输入公共端。输出与输入相隔离,避免
共地干扰。高频变压器和功率开关管都接有RCD 缓冲器,用于吸收尖峰电压,防止功率开关管的损伤。
4 结束语
利用UC3844 设计制作的微机电源具有良好的性能指标,动态响应快,频率响应特性好;稳定幅度大,过冲极小。负载调整率改善明显,电压调节范围宽,纹波电压小,系统稳定,能很好地满足微机的工作要求。
