基于UC3846的開關(guān)電源電壓反饋的優(yōu)化設(shè)計(jì)

介紹并比較了電流模式PWM控制器中電壓反饋的基本電路，設(shè)計(jì)出了基于電流控制型PWM控制芯片UC3846的電壓反饋的實(shí)用電路，該電路能滿足在高頻電路、非線形負(fù)載情況下穩(wěn)定的輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該電路具有較好的控制特性和穩(wěn)定性。

1.UC3846的結(jié)構(gòu)與特性

圖為電流控制型變換器的原理框圖。恒頻時(shí)鐘脈沖置位R-S鎖存器，輸出高電平，開關(guān)管導(dǎo)通，變壓器原邊的電流線性增大，當(dāng)電流在采樣電阻Rs上的壓降Vs達(dá)到Ve時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，鎖存器復(fù)位，驅(qū)動(dòng)信號(hào)變低，開關(guān)管關(guān)斷，直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖使R-S鎖存器置位。電路就是這樣逐個(gè)地檢測和調(diào)節(jié)電流脈沖的。

UC3846是Initorde公司推出的電流脈寬調(diào)制芯片，該調(diào)制芯片雙端輸出，能直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率管或場效應(yīng)管(Mosfet)，其主要優(yōu)點(diǎn)是功能齊全，具有強(qiáng)大的帶載響應(yīng)特性，能提供自動(dòng)前饋補(bǔ)償、欠壓保護(hù)、軟啟動(dòng)、終端鎖機(jī)保護(hù)等功能，外圍控制電路簡單，工作頻率高達(dá)500kHz，可自設(shè)工作頻率。它適合于工頻變壓器的100～300W的開關(guān)電源，其工作溫度為265～150℃，最高的輸入電壓為40V，有自我保護(hù)功能。其原理如圖所示。

UC3846采用定頻電流模式控制，引腳3，4是電流檢測輸入端，5，6是誤差放大器輸入端，電流檢測輸入值經(jīng)過一個(gè)放大倍數(shù)為3的電流測定放大器(其輸入電壓必須小于1.2V)來獲得電感電流或開關(guān)電流信號(hào)，其輸出接PWM比較器的同相端。當(dāng)取樣放大器輸入信號(hào)大于1.2V時(shí)，電流型控制器將延時(shí)關(guān)斷。電壓誤差放大器的輸出經(jīng)二極管和0.5V偏壓后送至PWM比較器的反相端，其輸出既作為給定信號(hào)，同時(shí)又被限流電平設(shè)置腳(腳1)箝位在V1+0.7V，從而完成了逐個(gè)脈沖限流的目的。當(dāng)差動(dòng)電流檢測放大器檢測的是開關(guān)電流而不是電感電流時(shí)，由于開關(guān)管寄生電容放電，檢測電流會(huì)有一個(gè)較大的尖峰前沿，可能使電流檢測鎖存和PWM電路誤動(dòng)作，所以，應(yīng)在電流檢測輸入端加RC濾波。

2.普通電流模式控制器中電壓反饋電路

一般來講，電壓反饋電路都是閉環(huán)控制系統(tǒng)，就UC3846而言，在6，7兩個(gè)引腳上夠成積分網(wǎng)絡(luò)，電壓反饋信號(hào)經(jīng)由該積分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入誤差放大器反向輸入端(引腳6)，基準(zhǔn)電壓由芯片自帶的電源提供(引腳2)，如圖所示，這種電壓反饋電路因?yàn)閷?shí)現(xiàn)方便，結(jié)構(gòu)簡單，被廣泛地采用。

然而在筆者實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在高頻狀態(tài)下工作時(shí)，該電路很容易引入電磁干擾，而且在電壓反饋信號(hào)大于5V時(shí)，基準(zhǔn)電壓不容易得到，并且在使用UC3846做為控制芯片的過程中，斜坡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和芯片的軟啟動(dòng)都需要同時(shí)使用芯片內(nèi)部的這個(gè)精密電壓，意味著精密電壓需要給最少3個(gè)電路拓?fù)涔╇姡@無疑會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來影響。還有就是在一些負(fù)載非純阻性或負(fù)載有突變的場合，PWM很容易被電流檢測環(huán)關(guān)斷。

基于以上這些不利的因素，設(shè)想是否可以將電壓反饋信號(hào)的跟隨過程在芯片外部實(shí)現(xiàn)，將電流反饋信號(hào)和電壓反饋信號(hào)基本隔離，滿足反饋電壓大于5V的情況，減少電路反饋之間的相互影響。

3.新型電壓反饋電路

由以上分析，設(shè)計(jì)了如圖4所示的電壓信號(hào)反饋電路。首先將UC3846的引腳6，7短接構(gòu)成電壓跟隨器。電壓反饋信號(hào)通過誤差放大器同向輸入端進(jìn)入芯片。將傳統(tǒng)反饋電路當(dāng)中引腳6，7所構(gòu)成的積分網(wǎng)絡(luò)在芯片外部實(shí)現(xiàn)，這樣的好處是電壓反饋信號(hào)的處理經(jīng)過電壓跟隨器后，不會(huì)再給芯片內(nèi)部帶入加載，保證了電壓反饋信號(hào)的準(zhǔn)確性。

外部添加運(yùn)算放大器，將誤差的放大過程也在芯片外部完成，基準(zhǔn)電壓也由外部提供，這樣就避免了和電流反饋信號(hào)共用基準(zhǔn)電源的沖突，提高了工作效率。

這個(gè)電路的基本工作過程是分別在運(yùn)放的同向，反向端輸入采樣電壓和反饋電壓，則運(yùn)放的輸

出電壓

其中VI是電壓反饋和基準(zhǔn)電壓的差值。由UC3846的特性知道，在誤差電壓VI=0時(shí)，則

其中

VF是檢測電壓。因?yàn)閁C3846內(nèi)部決定電流測定信號(hào)最大電壓值為1.2V左右。通過計(jì)算可得該電壓反饋電路的參數(shù)，使得電壓反饋值最大為3.5V左右，以保證比較器可以穩(wěn)定的工作。

用電壓傳感器獲得檢測電壓VF。根據(jù)電壓傳感器的性能可以很容易的出合適的基準(zhǔn)電壓值。通過R5將運(yùn)放輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為所需要的電壓信號(hào)后進(jìn)入U(xiǎn)C3846的引腳5，便完成了電壓信號(hào)的反饋。

在實(shí)驗(yàn)中，該電路很好地完成了電壓反饋的的功能，即使在高頻的條件下，電路也十分穩(wěn)定。由于其基準(zhǔn)電壓是從芯片外部給定，所以在和檢測電流比較時(shí)，可以根據(jù)電氣要求自己設(shè)計(jì)誤差電壓的反饋值范圍，也就是說，可以自己設(shè)定芯片內(nèi)部PWM比較器反轉(zhuǎn)的范圍，以便更大程度的控制電流檢測值。所以這種電路在對(duì)于非純阻性負(fù)載的情況是非常有好處的。

比如在弧焊電源引弧的動(dòng)作中，由于瞬間的電阻值會(huì)突變，引弧后電阻會(huì)基本保持固定，這時(shí)如果使用傳統(tǒng)的電壓反饋方法來進(jìn)行電流模式控制，由于引弧瞬間的電流峰制值會(huì)很大，PWM比較器很容易就在引弧的瞬間翻轉(zhuǎn)，關(guān)斷PWM的輸出，導(dǎo)致引弧失敗。

而外接的這種電壓可以很容易地控制比較器翻轉(zhuǎn)時(shí)候的電流檢測值，保證了在引弧的瞬間電流檢測有足夠的裕度完成引弧的過程。

4.結(jié)束語

按照以上的設(shè)計(jì)思路在實(shí)驗(yàn)板上搭建了一個(gè)UC3846的控制板，很好地完成了電壓檢測的功能，因?yàn)槭褂昧诵酒瑑?nèi)部的運(yùn)放構(gòu)成了跟隨器，使得反饋更為精確，而且反饋電路沒有使用光隔等昂貴器件，降低了成本。