电流型开关电源中电压反馈电路的设计

2万 · 2014-6-9 23:45

在传统的电压型控制中，只有一个环路，动态性能差。当输入电压有扰动时，通过电压环反馈引起占空比的改变速度比较慢。因此，在要求输出电压的瞬态误差较小的场合，电压型控制模式是不理想的。为了解决这个问题，可以采用电流型控制模式。电流型控制既保留了电压型控制的输出电压反馈，又增加了电感电流反馈;而且这个电流反馈就作为PWM控制变换器的斜坡函数，从而不再需要锯齿波发生器，使系统的性能具有明显的优越性。电流型控制方法的特点如下：

1、系统具有快速的输入、输出动态响应和高度的稳定性;

2、很高的输出电压精度;

3、具有内在对功率开关电流的控制能力;

4、良好的并联运行能力。

由于反馈电感电流的变化率didt直接跟随输入电压和输出电压的变化而变化。电压反馈回路中，误差放大器的输出作为电流给定信号，与反馈的电感电流比较，直接控制功率开关通断的占空比，所以电压反馈是电流型电源设计中很重要的问题。本文介绍使用电流型控制芯片uc3842时，电压反馈电路的设计。

uc3842简介

图1为UC3842PWM控制器的内部结构框图。其内部基准电路产生+5V基准电压作为UC3842内部电源，经衰减得2.5V电压作为误差放大器基准，并可作为电路输出5V/50mA的电源。振荡器产生方波振荡，振荡频率取决于外接定时元件，接在4脚与8脚之间的电阻R与接在4脚与地之间的电容C共同决定了振荡器的振荡频率，f=1.8/RC。反馈电压由2脚接误差放大器反相端。1脚外接RC网络以改变误差放大器的闭环增益和频率特性，6脚输出驱动开关管的方波为图腾柱输出。3脚为电流检测端，用于检测开关管的电流，当3脚电压≥1V时，UC3842就关闭输出脉冲，保护开关管不至于过流损坏。 UC3842PWM控制器设有欠压锁定电路，其开启阈值为16V，关闭阈值为10V。正因如此，可有效地防止电路在阈值电压附近工作时的振荡。

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UC3842具有以下特点：

1、管脚数量少，外围电路简单，价格低廉;

2、电压调整率很好;

3、负载调整率明显改善;

4、频响特性好，稳定幅度大;

5、具有过流限制、过压保护和欠压锁定功能。

UC3842具有良好的线性调整率，因为输入电压Vi的变化立即反应为电感电流的变化，它不经过任何误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度，再增加一级输出电压Vo至误差放大器的控制，能使线性调整率更好;可明显地改善负载调整率，因为误差放大器可专门用于控制由于负载变化造成的输出电压变化，特别使轻负载时电压升高的幅度大大减小。误差放大器的外电路补偿网络得到简化，稳定度提高并改善了频响，具有更大的增益带宽乘积。电流限制电路得到简化，由于电阻上感应出尖峰电感电流，故能自然形成逐个脉冲限制电路，只要Rs上电平达到1V，PWM就立即关断，而且这种峰值电感电流检测技术可以灵敏地限制输出的最大电流。

UC3842常用的电压反馈电路

1、输出电压直接分压作为误差放大器的输入

输出电压Vo经两电阻分压后作为采样信号，输入UC3842脚2(误差放大器的反向输入端)。如图2。

2万 · 2014-6-9 23:46

这种电路的优点是采样电路简单，缺点是输入电压和输出电压必须共地，不能做到电气隔离。势必引起电源布线的困难，而且电源工作在高频开关状态，容易引起电磁干扰，必然带来电路设计的困难，所以这种方法很少使用。

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2、辅助电源输出电压分压作为误差放大器的输入

单端反激式变压器T的辅助绕组上产生的感应电压随着输出电压升高而升高，该电压经过整流、滤波和稳压网络后得到一直流电压，给UC3842供电。同时该电压经两电阻分压后作为采样电压，送入UC3842的脚2。

当UC3842启动后，若反馈绕组不能提供足够的UF，电路就会不停地起动，出现打嗝现象。另外，根据经验，若UF大于17.5V时，也会引起UC3842工作异常，导致输出脉冲占空比变小，输出电压变低。故而反馈绕组匝数的选取及其缠绕是非常重要的，一般可按13～15V设计，使 UC3842正常工作时，7脚的电压维持在13V左右。

这种电路的优点是采样电路简单，副边绕组、原边绕组和辅助绕组之间没有任何的电气通路，容易布线。缺点是并非从副边绕组直接得到采样电压，稳压效果不好，实验中发现，当电源的负载变化较大时，基本上不能实现稳压。该电路适用于针对某种固定负载的情况。

2万 · 2014-6-9 23:46

3、采用线性光耦改变误差放大器的输入误差电压

如图3所示，该开关电源的电压采样电路有两路：一是辅助绕组的电压经D1，D2，C1，C2，C3，R9组成的整流、滤波和稳压后得到16V的直流电压给UC3842供电，另外，该电压经R2及R4分压后得到一采样电压，该路采样电压主要反映了直流母线电压的变化;另一路是光电耦合器、三端可调稳压管Z和R4，R5，R6，R7，R8组成的电压采样电路，该路电压反映了输出电压的变化;当输出电压升高时，经电阻R7及R8分压后输入Z的参考电压也升高，稳压管的稳压值升高，流过光耦中发光二极管的电流减小，流过光耦中的光电三极管的电流也相应的减小，误差放大器的输入反馈电压降低，导致UC3842脚6输出驱动信号的占空比变小，于是输出电压下降，达到稳压的目的。

2万 · 2014-6-9 23:46

该电路因为采用了光电耦合器，实现了输出和输入的隔离，弱电和强电的隔离，减少了电磁干扰，抗干扰能力较强，而且是对输出电压采样，有很好的稳压性能。缺点是外接元器件增多，增加了布线的困难，增加了电源的成本。

4、采用光耦和电压基准进行反馈控制的电路

2万 · 2014-6-9 23:47

为了满足负载变化较大时的供电要求。提高输出电压的稳定度，设计了一种从副边绕组输出端取样进行反馈控制的电路。电路如图4所示：电压采样及反馈电路由光耦PC8I7、TL431及与之相连的阻容网络构成。其控制原理如下：输出电压经RIJ、R?分压后得到采样电压，此采样电压与TL431提供的 2.5 V参考电压进行比较。当输出电压正常(5 V)时，采样电压与TL431提供的2.5V参考电压相等，则TL431的K极电位不变。流过光耦二极管的电流不变，流过光耦CE的电流不变。 UC3842的脚1电位稳定，输出驱动的占空比不变，输出电压稳定在设定值不变。当输出5 V电压因为某种原因偏高时，经分压电阻RIJ、R?分压值就会大于2.5 V，则TL431的K极电位下降，流过光耦二极管的电流增大，则流过光耦CE的电流增大。UC3842的脚1电位下降，脚6输出驱动脉冲的占空比下降，输出电压降低，这样就完成了反馈稳压的过程。在使用UC3842来控制开关电源的占空比时，常规的用法是在UC3842的脚1、2之间加R 网络，用光耦和TL431等元件组成电源的反馈控制回路，把光耦的C极接到UC3842的脚2作为输出电压的反馈。图3所示的电路没有采用这种接法，而是把光耦的C极直接连到UC3842的脚1作为输出的电压反馈，脚2直接接地。UC3842的脚2是其内部误差放大器的反向输入端，脚1是误差放大器的输出端。这种接法略过了UC3842内部的放大器，这是因为放大器用作信号传输时都有它的传输时间，输出与输入并不是同时建立，不用UC3842的内部放大器。其好处是把反馈信号的传输耗时缩短了一个放大器的传输时间，从而使电源的动态响应更快。另外，TL431内部本身就有一个高增益误差放大器，只不过它与高压侧隔离了，因此反馈信号经TL431内的放大器和光耦后直接控制UC3842内部误差放大器的输出端(脚1)，其控制精度并不会降低。而使用 UC3842内部误差放大器，则反馈信号连续通过了两个高增益误差放大器，增加了传输时间。该电路通过输出端采样然后通过光电隔离反馈到UC3842的脚 1，略过了UC3842内部的放大器，缩短了传输时间使电源的动态响应更快。同时利用TL431内部的高增益误差放大器，保证了高控制精度。这种电路拓扑结构简单、外接元件较少，而且在电压采样电路中采用了三端可调电压基准，使得输出电压在负载发生较大的变化时，输出电压基本上没有变化。实验证明该电路具有很好的稳压效果。

2万 · 2014-6-9 23:47

结语

可以根据具体要求选取不同的反馈方式。但对于多路输出的反馈电路，由于对于每个输出应用场合的不同，要求输出精度不同，所以在反馈中各个正极性输出端占反馈量的比例也不同。要根据具体要求具体设计以满足应用要求，例如要求输出+5v +12v两种正电压时，由于前者经常用于精度比较高的场合，所以在反馈中占的比例比较大，可取为60%，而后者取为40%。由于有多路输出，故在副边绕组中可以采用叠加技术，以减少变压器绕组匝数.