【正文】 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 4 UC3843 高性能電流模式控制器 32 圖 44 定時電容、定時電阻與頻率的關(guān)系 圖 45 定時電容、靜區(qū)時間與頻率的關(guān)系 （ 2）誤差放大器 ： 該芯片集成了一個可以接入反向輸入和輸出的全補償誤差放大器 ， 此放大器具有 90dB 的典型直流增益和具有 57 度的相位裕量的 的增益為 1的帶寬 ， 同相輸入在內(nèi)部接入 電 壓 ， 且。在 Ct 放電期間 ， 振蕩器產(chǎn)生一個脈沖 ， 在脈沖持續(xù)期間 ， 或非門輸出為高電平 ，6 腳為低態(tài) ， 導(dǎo)致產(chǎn)生一個靜區(qū)時間 ， 圖 44 和圖 45 分別顯示了 Rt與振蕩頻器頻率的關(guān)系曲線以及靜區(qū)時間與頻率的關(guān)系曲線 ， 它們都是在給定的 Ct 值時得到的 ， 盡管有很多組 Rt、 Ct 值可以產(chǎn) 生相同的振蕩器頻率 ， 但是只有一組可以得到在給定頻率下的特定輸出靜區(qū)時間 ， 由于電容增大 ， 相同放電電流情況下放電時間延長 ， 故靜區(qū)時間隨 Ct 增大而增大。另外 ， Vcc與 GND 之間的穩(wěn)壓管用于保護(hù) ， 防止器件損壞。這實際上是一個過流保護(hù)電路 ； （ 6） 欠壓鎖定 電路：開通閾值 ， 關(guān)閉閾值 。上晶體管導(dǎo)通下晶體管截止，輸出高電平；下晶體管導(dǎo)通上晶體管截止，輸出低電平；上下兩晶體管均截止，則輸出為高阻重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 4 UC3843 高性能電流模式控制器 31 態(tài)。兩晶體管的基極分別接前級的控制。 圖騰柱輸出電路（ Totem Pole）， 由于此 輸出 畫出的電路圖有 點像印第安人的圖騰柱，所以叫圖騰柱式輸出，也叫圖騰式輸出。 其計算公式為 CRf ttS ? （ 3） 誤差放大器：由 VFB 端輸入的反饋電壓和 做比較 ， 誤差電壓 VC用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。 UC3843 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) UC3843 內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、 PWM 鎖存電路、5VC 基準(zhǔn)電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路等 ， 見圖 43。 7 Vcc 該管腳是集成電路的正電源。 5 地 該管腳是控制電路和電源的公共地。 4 Rt/Ct 通過電阻 Rt 連接至 Vref 以及電容 Ct連接至地，使振蕩器頻率和最大占空比可調(diào)。 2 電壓反饋 該管腳是誤差放大器的反相輸入，通常通過一個電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出。 1腳 為 補償 端 ； 2腳 為 電壓 反饋端 ； 3 腳 為電流 取樣 端 ； 端 4接 Rt/Ct端，用以 確定鋸齒波頻率 ； 端 5 接地 ； 端 6 為 輸出端 ， 有拉、灌電流的能力 ； 端 7 為集成塊工作電源電壓端 ， 可以工作在 ； 端 8 為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓 5V， 帶載能力 50mA。 UC3843 的引腳及其功能 UC3843 為 8 腳雙列直插式封裝 ， 其管腳排列如圖 。VS 所限制 ， 其最大電流為 RVSS39。)( VRi StSS ?時 ， 開關(guān)管即被關(guān)斷 ， 電感電流 開始下降 ， 此后開關(guān)管一直關(guān)閉， 直到下一個周期開始 時重復(fù)上述過程 。VS 時， PWM比較器翻轉(zhuǎn)，輸出高電平至 RS觸發(fā)器的復(fù)位端，使得 RS觸發(fā) 器輸出低電平 ,開關(guān)管關(guān)斷。 具體來講 上個周期結(jié)束時， 誤差放大器根據(jù)輸出電壓與基準(zhǔn)電壓共同建立控制門限電壓 39。誤差放大器把基準(zhǔn)電壓 Vref 和 輸出 電壓分量 V3 之間的差值進(jìn)行放大 ， 得到 誤差 信號 VC ，誤差信號經(jīng)過分壓后得到控制電壓 39。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 4 UC3843 高性能電流模式控制器 27 UC3843 的 工作原理 圖 41 UC3843原理圖 如圖 41所示為 UC3843原理圖 [12]。 （ 6）電流 檢測輸入端可對每個脈沖進(jìn)行控制 ， 直接控制每個周期的脈寬 ， 使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到 %。 （ 5）內(nèi)設(shè)過流保護(hù)輸入和誤差放大輸入兩個 PWM 控制端。 （ 4）輸出電流 大，是 驅(qū)動 MOSFET 管 的理想器件 。超出此限制 ， 開關(guān)電源呈欠電壓或過電壓保護(hù)狀態(tài) ， 無驅(qū)動脈沖輸出。 （ 2）啟動電流僅 1mA 即可進(jìn)入工作狀態(tài)。 200mA， 峰 值可達(dá)177。 該集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能精確控制的占空比 輸出 、溫度補償、高增益放大器模塊 ， 是驅(qū)動 MOSFET的理想器件 ， 由于器件設(shè)計巧妙 ， 由 電源電壓直接啟動 ， 構(gòu)成電路所需元件少 ，非常符合電路設(shè)計中 “ 簡潔至上 ” 的原則。 圖 38 加入斜坡補償后擾動衰減 在誤差放大器的輸出 UC 上加負(fù)斜坡波形 ， 其斜率為 m3? ， 如圖 38， 經(jīng)過幾何推理后可以證明 ， 經(jīng)過一個周期 ， 有 i?0 引起的電流誤差為 mm mmi31320 ??? ，如要 振蕩 衰減 ， 則要求 13132 ???mm mm 根據(jù) mm 2 與占空比 D 的關(guān)系 mDmD )1(1 2?? 帶人上式得 DDmm 1223 ?? 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 3 控制電路 25 在 0D1 的范圍內(nèi) ， 只需要保證 223 mm? 即可 ， 因此斜坡補償?shù)男甭室蟠笥陔姼须娏飨陆档男甭实囊话?， 通常取 mm 23 ? 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 4 UC3843 高性能電流模式控制器 26 4 UC3843 高性能電流模式控制器 UC3843 的主要特性 UC3843 是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器 [11]。 峰值電流控制模式 的 穩(wěn)定性分析 不穩(wěn)定的產(chǎn)生 電流模式工作下若占空比 D50%的連續(xù)電感電流條件下 [9]， 會產(chǎn)生 次 諧波 振蕩 ， 這種不穩(wěn)定性與穩(wěn)壓器的閉環(huán)特性無關(guān) ， 他是由固定頻率和峰值電流取樣同時工作狀況所引起的 ， 下圖就說明了這種現(xiàn)象 ， 在 t0 時刻 ， 開關(guān)導(dǎo)通 ， 使電感電流以 m1 的斜率上升 ， 該斜率是輸入電壓和電感值的函數(shù)為 Ldtd UUim outinL ???1 t1 時刻 ， 電流采樣輸入達(dá)到由控制電壓建立的 門限值 ， 比較器翻轉(zhuǎn)開關(guān)管斷開 ， 電感電流以斜率 m2 下降 ， 直至下一個周期開始 ， 如果有一個擾動加在控制電壓上 ， 產(chǎn)生一個小的 i?0 （虛線） ， 就可以發(fā)現(xiàn)這種不穩(wěn)定情況 ， 在一個固定的振蕩 周期內(nèi)電感電流的衰減時間減少 ， 最小電感電流在開關(guān)導(dǎo)通時（ t2 ）凈增了 mmii 1201 ?? ? 最小電感電流在再下一個周期開始時（ t3 ）凈減小 mmii 1212 ?? ? 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 3 控制電路 23 在之后的每一個周期 ， 該擾動都將乘以系數(shù) mm12 ， 在開關(guān)管導(dǎo)通時交替凈增凈減最小電感電流 ， 即 1121 )( ??? ? nn mmii 根據(jù)占空比 D與 mm 2 的關(guān)系 mDmD )1(1 2?? 可以推出： %50?D 時 ， mm 21? ， 擾動信號將在數(shù)個周期內(nèi)逐漸衰減 ，如圖 36； 圖 36 D50%時擾動衰減 當(dāng)占空比 %50?D 時 ， mm 21? ， 擾動信號誤差將會被逐漸放大 ， 峰值電流模式控制的轉(zhuǎn)換器不能穩(wěn)定工作 ， 導(dǎo)致系統(tǒng)失控 ， 如圖 37。電感的承壓能力會隨著磁通量的失衡而減弱，由此功率管中的電流會迅速增大，并最終因電流過大而燒毀器件。電流檢測電阻 RS 會隨著輸入電壓的波動，檢測出峰值電流的改變，并迅速地調(diào)整占空比，穩(wěn)定輸出電壓。因此，便可以大大地簡化反饋電路的設(shè)計。在電流控制模式中，只能產(chǎn)生最大為 90度的相移，這是由近似于零的濾波電感小信號阻抗所造成的。因而，總的來說，電流控制模式的應(yīng)用相對來說更為廣泛。當(dāng)然，相比于電壓控制模式，電流控制模式有著許多不可比擬的優(yōu)點，但其缺點比如直流開環(huán)負(fù)載調(diào)整率比較差，以及平均電流和電感峰值電流之間存在誤差等等，我們也必須正視。由于電感電流脈沖幅值和直流輸出電流平均值相應(yīng)成比列，沒有了電感的延遲作用。然而，當(dāng)預(yù)定幅度與電流脈沖達(dá)到了一致的時候，電流控制回路便會動作，繼而改變脈沖的寬度，由此，輸出電壓的穩(wěn)定便得以保證。顯而易見，當(dāng)電源輸入電壓發(fā)生改變時，變壓器初級電流上升的斜率必然也會隨之而發(fā)生改變。這樣一來，每個電流負(fù)反饋回路都具有了同樣的參考值，在多臺開關(guān)電源之間的并聯(lián)均流便得以實現(xiàn)。參考電流一旦限制或者給定，變壓器以及開關(guān)管中的最大電流便能夠比較準(zhǔn)確地限制下來，由此，即使遇到短路或者輸出過載的情況，變壓器以及開關(guān)管都將得到保護(hù)而不被損害，且因為輸入的浪涌電壓而產(chǎn)生的尖峰電流導(dǎo)致功率開關(guān)管損壞的風(fēng)險也會相應(yīng)降低。電路測試 以及 理論分析 都表明了 ，電流控制 模式相對于 電壓控制 模式，更有其優(yōu)勢 。 一直到 VC 電平 與 電流 加在 采樣電阻 RS上的壓降 達(dá)到 一致的時候 ，翻轉(zhuǎn)脈寬比較器 的 狀態(tài)， 此時 功率管 便會相應(yīng) 截止。 基于 傳統(tǒng)的電壓型控制 模式，人們將 一個電流反饋內(nèi)環(huán) 置于 電流控制型開關(guān)變換器 上 。這是由于我們所使用的方法 —— 以輸出電壓來實現(xiàn)控制而造成，它必然會在調(diào)節(jié)過程中存在一定的滯后效應(yīng)。同時，對于這樣的僅有一個反饋環(huán)路的單環(huán)電壓控制系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，我們必須精心設(shè)計控制回路，并滿足一定的條件。增大的脈沖寬度表明了負(fù)載消耗能量的增大，反之，減小的輸出脈沖寬度則表明了輸出能量的減小，這樣成正比的關(guān)系將輸出電壓維持于恒定。接著利用 PWM 比較器，將鋸齒波信號和 VC 信號 相比較。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 3 控制電路 19 圖 33 PSM 調(diào)制方式 開關(guān)電源的控制模式 按照控制模式，開關(guān)電源大致可以分為兩類：即電流控制模式和電壓控制模式。目前 PSM 控制方式已經(jīng)用于開關(guān)功率變換器 ， 具有以下優(yōu)點：在負(fù)載較輕情況下效率很高 ， 工作頻率高 ， 頻率特性好 ， 功率管開關(guān)次數(shù)少 ， 適用于小功率電源管理。 從而穩(wěn)定輸出電壓。 圖 32 PWM 調(diào)制方式 （ 3） PSM 調(diào)制方式 [7]： 是一種常在數(shù)字電路中被使用的調(diào)制方式 ， 稱為脈沖跨周調(diào)制（ Pulsecycle Skip Modulation）。其工作波形圖如圖 32所示。存在以下缺點：負(fù)載調(diào)整范圍窄 ， 濾波成本高。 PFM方式的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很寬 ， 空載時自動形成空載保護(hù) 。 控制 原 理是 將輸出量反饋 回 電路，將它與設(shè)定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較 ， 得到誤差信號，根據(jù)誤差信號對輸出脈沖的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié) ， 然后輸出一路 寬度相等、周期不等 的方波信號 ，這組方波信號控制著開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷 ，當(dāng)輸出量過高時，保持脈沖寬度不變 （ 一個周期內(nèi)的導(dǎo)通時間不變） ，延長開關(guān)周期 （一個周期內(nèi)的關(guān)斷時間增加） ，當(dāng)輸出量過低時，保持脈沖寬度不變，減少開關(guān)周期， 從而穩(wěn)定輸出電壓。所以總電荷為 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 2 降壓型開關(guān)電源 16 2221 Ti SLq ?? 可得電壓 紋波 峰 峰 值為 Cu Ti SL4??? 圖 27 紋波 電壓 上式可用于給定電壓 紋波 是選取電容大小時參考 ， 實際運用中 ， 由電容等效串聯(lián)電阻所引起的附加 紋波 電壓 亦 需考慮。電感電流是線性的，峰峰值是 iL? ，幅值為 2iL? 。上式兩邊同時除以開關(guān)周期 TS， 得到 ???? ? uuT LLST dttS0 )(10 上式的右邊為 )(tuL的平均值或直流成分 ， 在上式表示在穩(wěn)態(tài)時 ， 施加在電感上的平均電壓為零。電感兩端承受反向壓降 ， 使得 續(xù)流 二極管 D導(dǎo)通 ，忽略 二極管 D的壓降 ， 電感左端接地 ， 電壓為 零 ， 而電感右端電壓仍為 Uout ， 因此 ，開關(guān)關(guān)斷期間 圖 25 開關(guān)關(guān)斷時的等效電路 Ldt Udi outL ?? 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 （論文） 2 降壓型開關(guān)電源 14 假設(shè)電路已經(jīng)處于穩(wěn)態(tài) ， 經(jīng)過一個開關(guān)周期電感電流的凈增量為零 ， 利用這點 ， 來尋找任何開關(guān)變換器的穩(wěn)態(tài)條件 ， 根據(jù)電感伏秒平衡原理對 電感 進(jìn)行分