電流型PWM控制器UC3844及其在微機電源中的應用

針對電壓型脈寬調制器(PWM) 控制器只有電壓控制環(huán)、電流變化滯后電壓變化、系統響應速度慢、穩定性差等固有缺點(diǎn),介紹了既有電壓控制環(huán)、又有電流控制環(huán)的新型電流型PWM 控制器。分析了電流型PWM 控制器與電壓型PWM 控制器的控制原理,比較了二者之間的優(yōu)缺點(diǎn);介紹了電流型PWM 控制器UC3844 的工作原理,并應用電流型PWM 控制器UC3844 設計了微機電源,指出了設計中應該注意的問(wèn)題。結果表明,由電流型PWM 控制器構成的微機電源具有良好的電壓調整率、負載調整率和系統穩定性等優(yōu)點(diǎn)。

UC3844 是美國UNITRODE 公司生產(chǎn)的高性能電流型脈寬調制器(PWM) 控制器。早期的PWM 控制器是電壓控制型的,常用的電壓型PWM 控制器有TL494 、TL495 、SG3524 、SG3525 等。電壓型PWM 是指控制器按反饋電壓來(lái)調節輸出脈寬,電流型PWM 是指控制器按反饋電流來(lái)調節輸出脈寬。電流型PWM 是在脈寬比較器的輸入端,直接用流過(guò)輸出電感線(xiàn)圈電流的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較,從而調節占空比,使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結構上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統,因此,無(wú)論開(kāi)關(guān)電源的電壓調整率、負載調整率

和瞬態(tài)響應特性都有提高,是目前比較理想的新型PWM 控制器。

1 電流型PWM 控制與電壓型PWM 控制原理及性能比較

1. 1 電壓型PWM控制

電壓型PWM 控制系統框圖如圖1 所示。電源輸出反饋電壓Uf與基準電壓Ug 比較放大得到誤差電壓Ue,該誤差電壓再與鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒波信號進(jìn)行比較,產(chǎn)生占空比變化的矩形波驅動(dòng)信號。這種結構屬于典型的單閉環(huán)系統,缺點(diǎn)是控制過(guò)程中主電路的電流沒(méi)有參入輸出控制。由于電感的作用,電流滯后于電壓的變化,因而系統響應速度慢,穩定性差。

圖1 電壓型PWM控制系統框圖

1. 2 電流型PWM控制

電流型PWM 正是針對電壓PWM 型的缺點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的。它在原有的電壓環(huán)上增加了電流反饋環(huán)節,構成電壓電流雙閉環(huán)控制。內環(huán)為電流控制環(huán),外環(huán)為電壓控制環(huán)。無(wú)論電流的變化,還是電壓的變化,都會(huì )使PWM 輸出脈沖占空比發(fā)生變化。這種控制方式可改善系統的電壓調整率,提高系統的瞬態(tài)響應速度,增加系統的穩定性。其控制系統框圖如圖2 所示。

圖2 電流型PWM控制系統框圖

1. 3 電流型PWM控制的優(yōu)點(diǎn)

電壓調整率好。輸入電壓的變化立即引起電感電流的變化,電感電流的變化立即反映到電流控制回路而被抑制。不像電壓控制要經(jīng)過(guò)輸出電壓反饋到誤差放大器,然后再調節的復雜過(guò)程,所以響應快。如果輸入電壓的變化是持續的,電壓反饋環(huán)也起作用,因而可以達到較高的線(xiàn)形調整率。 負載調整率好。由于電壓誤差放大器可專(zhuān)門(mén)用于控制占空比,以適應負載變化造成的輸出電壓的變化,因而可大大改善負載調整率。 系統穩定性好。從控制理論的角度講,電壓控制單閉環(huán)系統是一個(gè)無(wú)條件的二階穩定系統。而電流控制雙閉環(huán)系統是一個(gè)無(wú)條件的一階穩定系統,系統穩定性好。

2 電流型PWM 控制芯片UC3844 的基本原理

UC3844 是電流型單端輸出式PWM ,其最大占空比為50% ,啟動(dòng)電壓16V ,具有過(guò)壓保護和欠壓鎖定功能。當工作電壓大于34V 時(shí),穩壓管穩壓,使內部電路在小于34 電壓下可靠工作;當輸入電壓低于10V 時(shí),芯片被鎖定,控制器停止工作 。其內部框圖和引腳圖如圖3 所示。

圖3 UC3844 內部框圖及引腳圖

UC3844 的工作原理是:反饋電壓和2.5 V 基準電壓之差,經(jīng)誤差放大器E/A 放大后作為門(mén)限電壓,與反饋電流經(jīng)采樣后的電壓,一起送到電流感應比較器。當電流取樣電壓超過(guò)門(mén)限電壓后,比較器輸出高電平觸發(fā)RS 觸發(fā)器,然后經(jīng)或非門(mén)輸出低電平,關(guān)斷功率管,并保持這種狀態(tài)直至振蕩器輸出脈沖到觸發(fā)器和或非門(mén)為止。這段時(shí)間的長(cháng)短由振蕩器輸出脈沖寬度決定。PWM 信號的上升沿由振蕩器決定,下降沿由功率開(kāi)關(guān)管電流和輸出電壓共同決定。反轉觸發(fā)器限制PWM 的占空比調節范圍在0～50 %之內。

UC3844 的振蕩工作頻率由引腳4 與引腳8 之間所接定時(shí)電阻RT、腳4 與地之間所接定時(shí)電容CT 設定。計算公式為: f = 1/T = RTCT/0.55 = 1.72RTCT。

引腳2 是電壓反饋端,將取樣電壓加至E/A 誤差放大器的反相輸入端,與同向輸入端的2.5 V 基準電壓進(jìn)行比較,產(chǎn)生誤差電壓。利用內部E/A 誤差放大器可以構成電壓環(huán)。引腳3 是電流反饋端,電流取樣電壓由引腳3 輸入到電流比較器。當引腳3 電壓大于1V 時(shí),輸出關(guān)閉。利用引腳3 和電流比較器可以構成電流環(huán)。引腳1 是補償端,外接阻容元件以補償誤差放大器的頻率特性。引腳8 為5V 基準電壓,帶載能力50mA。引腳6 為推挽輸出端,有拉、灌電流的能力。引腳5 為公共端。引腳7 為集成塊工作電源端,電壓范圍為8V～40V。