电流控制模式开关电源的分析与设计1.pdf

·42·工业仪表与自动化装置1999年第6期

电流控制模式开关电源的分析与设计

毛鸿吴兆麟

浙江大学电力电子技术国家实验室杭州:310027

摘要本文介绍开关电源的电流型PWM控制技术的原理及优点,采用集成电路UC3842
作为控制器,设计了+5V、40W反激式开关稳压电源。
关键词电流控制模式脉宽调制器反激变换高频变压器
AbstractThispaperpresentstheprinciplesandvirtuesofacurrent-mode-controlpulse
widthmodulator(PWM).Theflybackswitchmodepowersupply(+5V/40W)isdesignedwhichis
controlledbyICcontrollerUC3842.
KeywordCurrent-mode-controlPulsewidthmodulator(PWM)FybackconversionHigh
frequencytransformer

电流型PWM集成控制器已经产品化,典型产
1引言
品是Unitrode公司近年推出的UC3842系列控制
近年来,开关电源在通讯、航空航天、工业自动芯片,该系列产品极大地推动了小功率开关电源的
化装置以及仪器仪表等领域得到广泛的应用。传统发展和应用。目前,小功率开关电源正从电压控制模
的开关电源普遍采用电压型脉宽调制(PWM)技术,式向电流控制模式方向转化。
即将输出电压反馈后用于控制功率开关脉宽的大
2电流控制模式的原理及优点
小。电流型PWM是近年兴起的新技术,与电压型
PWM比较,电流型PWM开关电源具有更好的电图2—1示出反激式开关电源的双环电流控制
压调整率和负载调整率,系统的稳定性和动态特性模式原理。时钟以固定频率发送脉冲,脉冲到来时,
得以明显改善,特别是其内在的限流能力和并联均锁存器置1,功率开关管导通,变压器原边电流上
流能力可以使控制电路简单可靠。由于电流型升。当上升到由电压误差信号Ue决定的门槛值时,
PWM控制技术的独特优点,该技术80年代初公开PWM比较器输出高电平,锁存器复位,功率管关
以后就受到广泛的重视。断,直到下一个时钟脉冲的到来。

图2—1双环电流模式控制原理图
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输入电压升高时,调节过程为:Ui↑→(Ui/L)保护电路,这种峰值电感电流检测技术可以灵敏地
D精确地限制输出的最大电流,所以开关电源的高频
↑→Ton↓→()↓→Uo不变,可见,系统对输
1-D变压器和功率元件不必设计较大的余量,这能保证
入电压扰动的抑制是通过开环前馈实现的,系统有
稳压电源工作可靠,成本降低。
很快的动态响应速度。电流控制方式下,电感电流不
再是独立的变量,电压误差放大器可以有较高的增3UC3842的构成及特点
益而不会影响系统的稳定性,系统的负载调整率可
UC3842是一种单端输出的峰值电流型PWM
以明显改善;逐个脉冲电流检测限制可以简化过流

图3—1UC3842的管脚排列

控制芯片,该系列的芯片还有UC3843、UC3844和时输出脉冲关断,该功能用于逐个脉冲的限流保护。

UC3845。UC3842的管脚排列顺序如图3—1所示。时钟频率由4端(RC)外接RT和CT确定,最高振荡

芯片内部除了误差放大、PWM调制、锁存、振荡时频率可达500kHZ。6端(OUT)采用图腾柱输出,电
钟等基本的功能外,还有迟滞欠压锁定(UVLO)、芯流峰值可达1A,可直接用于N沟道MOSFET的驱
片过压保护、基准电源、低起动电流、电流图腾输出动。
等功能。电压迟滞环的起动电压为16V,关闭电压为
4电路原理与设计
10V,芯片起动电流为1mA,这些特点允许芯片从
高压用电阻降压馈电,待起动完成后,由自馈电绕组图4—1是以UC3842作控制器的单端反激式

供电。电压误差放大器开环频宽为1MHZ,补偿端开关稳压电源的电路图。电源输出电压5V,最大电
(COMP)接R、C网络可以改变放大器的闭环增益流输出8A。图中,R1是热敏电阻,限制上电时的冲
和频响。电流反馈由CS端引入,反馈电压超过1V击电流,C1、C2是差模吸收电容,L1抑制共模干扰

图4—1电流型反激式开关稳压电源电路
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信号,C3是工频滤波电容。R2、C4、D1用于吸收变由Ui=TON=N1SC$B×10计算原边绕组匝
压器原边漏感,C7和R3缓冲功率管关断时电压的数:

上升速度,减小功率管开关损耗。D2是肖特基整流Uimax·Ton8
N1=×10(4—3)
二极管,C5、L2、C6组成高频滤波电路。R4是电流$B·Sc
取$B=1000Gs,磁芯有效截面积Sc