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DC/DC

基于UC3846的开关电源电压反馈的优化设计

时间:2018-03-02 来源: 作者:

介绍并比较了电流模式PWM控制器中电压反馈的基本电路,设计出了基于电流控制型PWM控制芯片UC3846的电压反馈的实用电路,该电路能满足在高频电路、非线形负载情况下稳定的输出。实验结果证明,该电路具有较好的控制特性和稳定性。

1.UC3846的结构与特性

图为电流控制型变换器的原理框图。恒频时钟脉冲置位R-S锁存器,输出高电平,开关管导通,变压器原边的电流线性增大,当电流在采样电阻Rs上的压降Vs达到Ve时,比较器翻转,输出高电平,锁存器复位,驱动信号变低,开关管关断,直到下一个时钟脉冲使R-S锁存器置位。电路就是这样逐个地检测和调节电流脉冲的。

 

基于UC3846的开关电源电压反馈的优化设计

 

UC3846是Initorde公司推出的电流脉宽调制芯片,该调制芯片双端输出,能直接驱动双极型功率管或场效应管(Mosfet),其主要优点是功能齐全,具有强大的带载响应特性,能提供自动前馈补偿、欠压保护、软启动、终端锁机保护等功能,外围控制电路简单,工作频率高达500kHz,可自设工作频率。它适合于工频变压器的100~300W的开关电源,其工作温度为265~150℃,最高的输入电压为40V,有自我保护功能。其原理如图所示。

 

基于UC3846的开关电源电压反馈的优化设计

 

UC3846采用定频电流模式控制,引脚3,4是电流检测输入端,5,6是误差放大器输入端,电流检测输入值经过一个放大倍数为3的电流测定放大器(其输入电压必须小于1.2V)来获得电感电流或开关电流信号,其输出接PWM比较器的同相端。当取样放大器输入信号大于1.2V时,电流型控制器将延时关断。电压误差放大器的输出经二极管和0.5V偏压后送至PWM比较器的反相端,其输出既作为给定信号,同时又被限流电平设置脚(脚1)箝位在V1+0.7V,从而完成了逐个脉冲限流的目的。当差动电流检测放大器检测的是开关电流而不是电感电流时,由于开关管寄生电容放电,检测电流会有一个较大的尖峰前沿,可能使电流检测锁存和PWM电路误动作,所以,应在电流检测输入端加RC滤波。

2.普通电流模式控制器中电压反馈电路

一般来讲,电压反馈电路都是闭环控制系统,就UC3846而言,在6,7两个引脚上够成积分网络,电压反馈信号经由该积分网络进入误差放大器反向输入端(引脚6),基准电压由芯片自带的电源提供(引脚2),如图所示,这种电压反馈电路因为实现方便,结构简单,被广泛地采用。

然而在笔者实验过程中发现,在高频状态下工作时,该电路很容易引入电磁干扰,而且在电压反馈信号大于5V时,基准电压不容易得到,并且在使用UC3846做为控制芯片的过程中,斜坡补偿网络和芯片的软启动都需要同时使用芯片内部的这个精密电压,意味着精密电压需要给最少3个电路拓扑供电,这无疑会对系统的稳定性带来影响。还有就是在一些负载非纯阻性或负载有突变的场合,PWM很容易被电流检测环关断。

 

基于UC3846的开关电源电压反馈的优化设计

 

基于以上这些不利的因素,设想是否可以将电压反馈信号的跟随过程在芯片外部实现,将电流反馈信号和电压反馈信号基本隔离,满足反馈电压大于5V的情况,减少电路反馈之间的相互影响。

3.新型电压反馈电路

由以上分析,设计了如图4所示的电压信号反馈电路。首先将UC3846的引脚6,7短接构成电压跟随器。电压反馈信号通过误差放大器同向输入端进入芯片。将传统反馈电路当中引脚6,7所构成的积分网络在芯片外部实现,这样的好处是电压反馈信号的处理经过电压跟随器后,不会再给芯片内部带入加载,保证了电压反馈信号的准确性。

外部添加运算放大器,将误差的放大过程也在芯片外部完成,基准电压也由外部提供,这样就避免了和电流反馈信号共用基准电源的冲突,提高了工作效率。

 

基于UC3846的开关电源电压反馈的优化设计

 

这个电路的基本工作过程是分别在运放的同向,反向端输入采样电压和反馈电压,则运放的输

出电压

 

基于UC3846的开关电源电压反馈的优化设计

 

其中VI是电压反馈和基准电压的差值。由UC3846的特性知道,在误差电压VI=0时,则

 

基于UC3846的开关电源电压反馈的优化设计

 

其中

 

基于UC3846的开关电源电压反馈的优化设计

 

VF是检测电压。因为UC3846内部决定电流测定信号最大电压值为1.2V左右。通过计算可得该电压反馈电路的参数,使得电压反馈值最大为3.5V左右,以保证比较器可以稳定的工作。

用电压传感器获得检测电压VF。根据电压传感器的性能可以很容易的出合适的基准电压值。通过R5将运放输出信号转化为所需要的电压信号后进入UC3846的引脚5,便完成了电压信号的反馈。

在实验中,该电路很好地完成了电压反馈的的功能,即使在高频的条件下,电路也十分稳定。由于其基准电压是从芯片外部给定,所以在和检测电流比较时,可以根据电气要求自己设计误差电压的反馈值范围,也就是说,可以自己设定芯片内部PWM比较器反转的范围,以便更大程度的控制电流检测值。所以这种电路在对于非纯阻性负载的情况是非常有好处的。

比如在弧焊电源引弧的动作中,由于瞬间的电阻值会突变,引弧后电阻会基本保持固定,这时如果使用传统的电压反馈方法来进行电流模式控制,由于引弧瞬间的电流峰制值会很大,PWM比较器很容易就在引弧的瞬间翻转,关断PWM的输出,导致引弧失败。

而外接的这种电压可以很容易地控制比较器翻转时候的电流检测值,保证了在引弧的瞬间电流检测有足够的裕度完成引弧的过程。

4.结束语

按照以上的设计思路在实验板上搭建了一个UC3846的控制板,很好地完成了电压检测的功能,因为使用了芯片内部的运放构成了跟随器,使得反馈更为精确,而且反馈电路没有使用光隔等昂贵器件,降低了成本。