“穩(wěn)壓帝”UC3842在新型電壓反饋電路中的探討

大家熟知的PWM型開關(guān)電源，是把輸出電壓的采樣作為PWM控制器的反饋電壓，該反饋電壓經(jīng)過PWM控制器內(nèi)部的誤差放大器后調(diào)整開關(guān)信號(hào)的占空比，以便輸出更加穩(wěn)定的電壓，當(dāng)然，不同電壓反饋電路輸出電壓的穩(wěn)定精度不同。本文具體講解了電流型脈寬控制器UC3842常用的三種穩(wěn)定輸出電壓電路，分析各自優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種新的電壓反饋電路，實(shí)驗(yàn)證明新電路具有良好的穩(wěn)壓效果。

UC3842常用的電壓反饋電路

輸出電壓可直接分壓作為誤差放大器的輸入。如圖2所示，輸出電壓Vo經(jīng)R2及R4分壓后作為采樣信號(hào)，輸入U(xiǎn)C3842腳2(誤差放大器的反向輸入端)。誤差放大器的正向輸入端接UC3842內(nèi)部的2.5V的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)采樣電壓小于2.5V時(shí)，誤差放大器正向和反向輸出端之間的電壓差經(jīng)放大器放大后，調(diào)節(jié)輸出電壓，使得UC3842的輸出信號(hào)的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的電壓值。R3與C1并聯(lián)構(gòu)成電流型反饋。

這種電路的優(yōu)點(diǎn)是采樣電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是輸入電壓和輸出電壓必須共地，不能做到電氣隔離。勢(shì)必引起電源布線的困難，而且電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，容易引起電磁干擾，必然帶來電路設(shè)計(jì)的困難，所以這種方法很少使用。

輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入。如圖3所示，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，單端反激式變壓器T的輔助繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也升高，該電壓經(jīng)過D2，D3，C15，C14，C13和R15組成的整流、濾波和穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)后得到一直流電壓，給UC3842供電。同時(shí)該電壓經(jīng)R2及R4分壓后作為采樣電壓，送入U(xiǎn)C3842的腳2，在與基準(zhǔn)電壓比較后，經(jīng)誤差放大器放大，使腳6輸出脈沖的占空比變小，輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。同樣，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，使腳6輸出脈沖的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是采樣電路簡(jiǎn)單，副邊繞組、原邊繞組和輔助繞組之間沒有任何的電氣通路，容易布線。缺點(diǎn)是并非從副邊繞組直接得到采樣電壓，穩(wěn)壓效果不好，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電源的負(fù)載變化較大時(shí)，基本上不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。該電路適用于針對(duì)某種固定負(fù)載的情況。

采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓。如圖4所示，該開關(guān)電源的電壓采樣電路有兩路：一是輔助繞組的電壓經(jīng)D1，D2，C1，C2，C3，R9組成的整流、濾波和穩(wěn)壓后得到16V的直流電壓給UC3842供電，另外，該電壓經(jīng)R2及R4分壓后得到一采樣電壓，該路采樣電壓主要反映了直流母線電壓的變化；另一路是光電耦合器、三端可調(diào)穩(wěn)壓管Z和R4，R5，R6，R7，R8組成的電壓采樣電路，該路電壓反映了輸出電壓的變化；當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)電阻R7及R8分壓后輸入Z的參考電壓也升高，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值升高，流過光耦中發(fā)光二極管的電流減小，流過光耦中的光電三極管的電流也相應(yīng)的減小，誤差放大器的輸入反饋電壓降低，導(dǎo)致UC3842腳6輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比變小，于是輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

該電路因?yàn)椴捎昧斯怆婑詈掀鳎瑢?shí)現(xiàn)了輸出和輸入的隔離，弱電和強(qiáng)電的隔離，減少了電磁干擾，抗干擾能力較強(qiáng)，而且是對(duì)輸出電壓采樣，有很好的穩(wěn)壓性能。缺點(diǎn)是外接元器件增多，增加了布線的困難，增加了電源的成本。

線性光耦改變誤差放大器增益電壓反饋電路及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用線性光耦改變誤差放大器的增益。如圖5所示，該電壓采樣及反饋電路由R2，R5，R6，R7，R8，C1，光電耦合器、三端可調(diào)穩(wěn)壓管Z組成。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，輸出電壓經(jīng)R7及R8分壓得到的采樣電壓(即Z的參考電壓)也升高，Z的穩(wěn)壓值也升高，流過光耦中發(fā)光二極管中的電流減小，導(dǎo)致流過光電三極管中的電流減小，相當(dāng)于C1并聯(lián)的可變電阻的阻值變大(該等效電阻的阻值受流過發(fā)光二極管電流的控制)，誤差放大器的增益變大，導(dǎo)致UC3842腳6輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比變小，輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，誤差放大器的增益變小，輸出的開關(guān)信號(hào)占空比變大，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。因?yàn)椋琔C3842的電壓反饋輸入端腳2接地，所以，誤差放大器的輸入誤差總是固定的，改變的是誤差放大器的增益(可將線性光耦中的光電三極管視為一可變電阻)，其等效電路圖如圖6所示。

電路通過調(diào)節(jié)誤差放大器的增益而不是調(diào)節(jié)誤差放大器的輸入誤差來改變誤差放大器的輸出，從而改變開關(guān)信號(hào)的占空比。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅外接元器件較少，而且在電壓采樣電路中采用了三端可調(diào)穩(wěn)壓管，使得輸出電壓在負(fù)載發(fā)生較大的變化時(shí)，輸出電壓基本上沒有變化。實(shí)驗(yàn)證明與上述三種反饋電路相比，該電路具有很好的穩(wěn)壓效果。

將這種新的采用線性光耦改變誤差放大器增益的電壓反饋電路，用于一48V/12V的單端反激式DC/DC開關(guān)電源(最大輸出電流5A)，顯示該電源輸出電壓穩(wěn)定，帶負(fù)載能力強(qiáng)。圖7(a)-(h)分別給出了當(dāng)負(fù)載為100Ω，25Ω，10Ω，3Ω時(shí)的輸出電壓和驅(qū)動(dòng)波形，從波形可以看出，當(dāng)負(fù)載電流逐漸增大時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比相應(yīng)增大，但輸出電壓始終穩(wěn)定在12.16V。

總結(jié)

在單端隔離式PWM型開關(guān)電源中，電流型脈寬調(diào)制器UC3842廣泛應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域中。本文在分析了三種常用電壓反饋電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種采用線性光耦改變UC3842誤差放大器增益的電壓反饋電路，經(jīng)實(shí)驗(yàn)可以證明，這種電壓反饋電路穩(wěn)壓精度高、負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，是電源工程師的好幫手。