脉宽调制开关稳压电源

2万 · 2014-9-13 21:28

　　1 引言

　　电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域，其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小和重量轻等突出优点，获得了广泛地应用。开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电流控制型，前者是一个单闭环电压控制系统，系统响应慢，很难达到较高的线形调整率精度；后者是一个电压、电流双闭环控制系统，电流控制型较电压控制型有不可比拟的优点。

　　本文介绍的UC3842是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，由该集成电路构成的开关稳压电源和电压控制型脉宽调制开关稳压电源相比具有以下特点：

　　(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。

　　因此他是目前比较理想的新型的脉宽调制器，其内部原理框图如图1所示。

2万 · 2014-9-13 21:28

　　2 UC3842简介

　　2.1 主要特点

　　工作电压8-40V
　　电流传感和电压反馈输入一0．3～+5．5V
　　误差放大输出吸人电流10mA
　　欠压锁存功能
　　占空比可调
　　最高开关频率500kHz，稳定度0．2％，电源效率高
　　内部有高稳定度的基准电压源5．0V
　　稳定性能好，电压调整率很容易达到0．01％，启动电流小于0．1 mA，正常工作电流15mA

2万 · 2014-9-13 21:28

　　2．2 工作原理

　　UC3842为8脚双列直插式封装形式，如图1所示，他内部主要由5．0V基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E／A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等构成。

2万 · 2014-9-13 21:29

　　端1为COMP端；
　　端2为反馈端；
　　端3为电流测定；
　　端4接Rt，Ct确定锯齿波频率；
　　端5接地；
　　端6为推挽输出端，有拉、灌电流的能力；
　　端7为集成块工作电源电压，可以在8～40V；
　　端8为内部供外用的基准电压5 V，带载能力50 mA。

　　电流控制型脉宽调制器能产生频率固定而脉冲宽度可以调节的驱动信号，控制大功率晶体管的通断状态来调节输出电压的高低，达到稳压目的，锯齿波发生器提供恒定的时钟频率信号，利用误差放大器和电流测定比较器形成电压闭环，利用电流测定、电流测定比较器构成电流闭环，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节驱动信号的占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化，假如由于某种原因使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空比D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。

2万 · 2014-9-13 21:29

　3 应用电路

　　图2为芯片UC3842、桥式整流电路、高频变压器以及大功率晶体管构成的电流控制型脉宽调制开关稳压电源，这种新型的控制方式使得开关电源同时具有很高的电压调整率和负载调整率。

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　其工作原理为：220V的交流电经过桥式整流电路、滤波电路得到一直流电压，再由大功率晶体管不断的导通和关断对直流电压斩波和高频变压器T2的降压作用得到频率为几十kHz的矩形波电压，然后经整流滤波后得直流输出电压，其中高频变压器T2的自馈线圈Ns2中感应的直流电压反馈到误差放大器并和基准电压比较得到误差电压Vr，初级线圈中流过的电流在取样电阻0．25 Ω上建立的直流电压反馈到电流测定比较器的同相输入端并和误差电压Vr相比较，从而产生脉冲宽度可调的驱动信号，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化，输出电压稳定在某个固定的数值。

2万 · 2014-9-13 21:29

　比如，当由于电源电压变化或负载变化而引起输出电压降低时，则脉宽调制器会相应的增大输出PWM波形的占空比，使大功率晶体管导通的时间变长；反之，当由于电源电压变化或负载变化而引起输出电压升高时，则脉宽调制器会相应的减小PWM波形的占空比，使大功率晶体管导通的时间变短，从而维持输出电压为一恒定值。

2万 · 2014-9-13 21:29

　4 实验结果

　　为了检验该电流控制型脉宽调制开关稳压电源的性能,本文按上述应用电路进行了测试，开关电源的波形和负载调整率、电压调整率如图3、表1、表2所示。

2万 · 2014-9-13 21:30

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　4.1 电压调整率(抗电压波动能力)测试

　　调节RPl使Vs (直流输人电压)减小，用万用表测量Vs改变前后的输出电压Vol和Voz，测5个数据，组成4组，电压调整率为Vo1一V02／Vo X 100％。

　　从表1所得到的数据可以算出该稳压电源的电压调整率为：

(0．009％+0．018％十0+0．018％)／4=0．011％／V

2万 · 2014-9-13 21:30

　4．2 负载调整率(抗负载波动能力)测试

　　将RP3左旋到底，用万用表测量输出电压Vol，再将RP3右旋，测量输出电压Vo2，测5个数据，组成4组，则负载调整率为Vol-V02／Vo1X100％。

　　从表2所得到的数据可以算出该稳压电源的负载调整率为：

(2．17％+2．59％+1．61％+2．03％)／4=2．10％／V

2万 · 2014-9-13 21:30

　　4．3 开关电源波形测试

　　用示波器观察输出电压V0的波形图如图3所示。

2万 · 2014-9-13 21:30

　　5 结语

　　本文利用集成芯片UC3842设计的电流制型脉宽调制开关稳压电源克服了电压控制型脉宽调制开关稳压电源频响慢、电压调整率和负载调整率低的缺点，电路结构简单，成本低、体积小、易实现。该稳压电源是目前实用和理想的稳压电源，具有很大的发展前景。

脉宽调制开关稳压电源

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