分析電流控制型開關電源方案

2 工作原理

220V交流電先通過濾波網(wǎng)絡濾掉各種干擾。電阻R1主要用來消除斷電瞬間殘留的電壓，熱敏電阻RT1可以限制浪涌電流，壓敏電阻VDR保護電路免受雷電的沖擊。當C17的正端電位升到≥R16時，⑦端口得工作電壓，UC3842電路啟動，⑥端口電位上升，Q1開始導通，同時⑧端口的5V電壓通過內(nèi)電路建立……C12濾波電容消除在開關時會產(chǎn)生尖峰脈沖，C11為消噪電容，R6、C13決定鋸齒波振蕩器的振蕩頻率，R9、C15用來確定誤差放大器的增益和頻響。C14起斜坡補償作用，能提高采樣電壓的可靠性。正常工作后，線圈N2上的高頻電壓經(jīng)過D2、R17、C18、D3為UC3842提供工作電壓。

當開關管導通時，整流電壓加在開關變壓器初級繞組上的電能變成磁能儲存在開關變壓器中。開關管截止后，能量通過次級繞組釋放到負載上。D7、D8是脈沖整流二極管，C7、R5吸收旁路開機瞬間出現(xiàn)的脈沖電流，L3、C8、C9、C10組成濾波電路。輸出電壓可由下式描述。

UO=UI(TON/KTOFF)

式中，UO為輸出電壓，UI為整流電壓，K為變壓器的變壓比，TON為Q1的導通時間，TOFF為Q2的截止時間。

由上式可知，輸出電壓和開關管的導通時間及輸入電壓成正比，與變壓器的變壓比及開關管的截止時間成反比。C16、R12、D5用來限制柵極電壓和電流，進而改善Q1開關速度，有利于改善電磁兼容性。R13主要來防止Q1柵極懸空，D1、R4、C5和D6、R16、C20構成兩級吸收回路，用于吸收尖峰電壓，防止Q1損壞。

系統(tǒng)中的穩(wěn)壓電路有：

用三極管的管壓降代替穩(wěn)壓二極管電路中的穩(wěn)壓電阻R。當UI或RL變化引起輸出電壓UO變化時，UO的變化將反映到三極管的發(fā)射結(jié)電壓UBE上，引起UCE的變化，從而調(diào)整UO，以保持輸出電壓的基本穩(wěn)定。根據(jù)三極管所起的作用，稱為調(diào)整管。由于調(diào)整管與負載是串聯(lián)關系，所以圖15-2-1稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。它主要由基準電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件組成。比較放大可以是單管放大電路、差動放大電路、集成運算放大器。調(diào)整元件可以是單個功率管，復合管或用幾個功率管并聯(lián)。取樣電路取出輸出電壓UO的一部分和基準電壓VREF比較。

● 電流反饋電路。Q1源極串接取樣電阻R15，把電流信號變?yōu)殡妷盒盘?，送入UC3842內(nèi)部的電流檢測比較器同相端。當Q1導通，電流斜率上升時，取樣電阻R15的電壓增加。一旦R15的電壓等于電流檢測比較器反相端的電壓，內(nèi)部觸發(fā)器復位，Q1截止，即實現(xiàn)了以電流控制⑥端口激勵脈沖的占空比來穩(wěn)定輸出電壓。C19用來抑制取樣電流的尖脈沖。

● 電壓反饋電路。主要由可編程精密穩(wěn)壓器TL431和線性光電耦合器PC817組成。輸出電壓經(jīng)R21、R22分壓后得到取樣電壓，送到可編程精密穩(wěn)壓器TL431的參考端口，改變R21、R22的阻值，使TL431的穩(wěn)壓值變化，即可改變開關電源的輸出電壓。當輸出電壓升高時，TL431兩端的電壓UKA保持不變，光電耦合器控制端電流增大，②端口反饋端電壓值隨之增大，UC3842內(nèi)部的電流檢測比較器反相端的電壓變低，輸出端⑥端口的脈沖信號占空比變低，開關管的導通時間減少，輸出電壓降低;反之，如果輸出電壓下降時，UC3842的輸出脈沖占空比增大，輸出電壓增高，達到穩(wěn)壓目的。另一方面，⑦端口電源電壓由D2整流、C18濾波產(chǎn)生，反映了輸出電壓的變化，起到反饋作用，使輸出電壓穩(wěn)定。

● 電路有前饋線調(diào)整功能。在負載不變時，輸入電壓突然增加，開關變壓器的感應電流由于輸入電壓增加而迅速斜升，因反饋信號和誤差信號尚未改變，限流作用發(fā)生比較快，故脈沖寬度變得比較窄。所以，市電的變化在影響輸出之前己被補償，即提高了對輸入電壓的響應速度。

圖4 斜率補償

當系統(tǒng)工作在占空比大于50%或連續(xù)電感電流條件下，會產(chǎn)生諧波振蕩，它是由固定頻率和峰值電流取樣同時工作所引起，圖4A顯示了這種現(xiàn)象。如果系統(tǒng)有一個擾動加到控制電壓上，產(chǎn)生一個小的△I(圖中虛線)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。

為了能使系統(tǒng)在占空比大于50%或連續(xù)電感電流條件下仍能可靠工作，將④端口的鋸齒波電壓通過射極跟隨器Q2送入③端口，從而在電流取樣端上增加了一個與脈寬調(diào)制時鐘同步的人為斜坡，可以在后續(xù)周期將△I擾動減小至零，如圖4B所示。該補償斜坡的斜率必須等于或略大于m2/2，系統(tǒng)才具有穩(wěn)定性。

系統(tǒng)設計的保護電路有：

● 輸出過壓保護電路Ⅰ。當輸出電壓較高，通過電壓反饋電路使得②端口電壓超過2.5V時，內(nèi)部觸發(fā)器復位，外接Q1截止，達到輸出過壓保護的目的。

● 輸出過壓保護電路Ⅱ。當輸出電壓升高，高于D9的擊穿電壓時，穩(wěn)壓二極管D9擊穿，可控硅SCR觸發(fā)導通，使光電耦合器二極管的負端電壓降為0V，光電耦合器飽和，②端口電壓為最大值，Q1一直截止，達到輸出過壓保護的目的。

● 輸出過流、過載保護電路。在電路過流、過載時，輸出電壓降低，Q3、D4、R8構成次級過流、過載保護電路。當次級未過載時，Q3、D4截止;當次級過載時，Q3、D4導通，④端口電位下降，鋸齒波振蕩器停振，達到過流、過載保護的目的。

● Q1過流保護電路。當電源電壓異常時，開關回路的電流增大，取樣電阻R15上的電壓超過1V時，內(nèi)部觸發(fā)器復位，外接Q1截止，有效地保護了Q1。

結(jié)論

本系統(tǒng)采用UC3842設計的電流控制型開關電源，克服了電壓控制型開關電源電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率差的缺點，并且性能可靠，電路簡單。該電源是20～80W的小功率開關電源的理想電源。