UC3842或UC3843隔離單端反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、UC3842或UC3843隔離單端反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：ButteUC3842或UC3843隔離單端反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì) 電流型PWM集成控制器已經(jīng)產(chǎn)品化，極大推動(dòng)了小功率開關(guān)電源

2、的發(fā)展和應(yīng)用，電流型PWM控制小功率電源已經(jīng)取代電壓型PWM控制小功率電源。Unitrode公司推出的UC3842系列控制芯片是電流型PWM控制器的典型代表。DC/DC轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換器是開關(guān)電源中最重要的組成部分之一，其有5種基本類型：?jiǎn)味苏な健味朔醇な?、推挽式、半橋式和全橋式轉(zhuǎn)換器。下面重點(diǎn)分析隔離式單端反激轉(zhuǎn)換電路，電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1 電路結(jié)構(gòu)圖 電路工作過程如下：當(dāng)M1導(dǎo)通時(shí)，它在變壓器初級(jí)電感線圈中存儲(chǔ)能量，與變壓器次級(jí)相連的二極管VD處于反偏壓狀態(tài)，所以二極管VD截止，在變壓器次級(jí)無電流流過，即沒有能量傳遞給負(fù)載；當(dāng)M1截止時(shí)，變壓器次級(jí)電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使VD導(dǎo)通

3、，給輸出電容C充電，同時(shí)負(fù)載R上也有電流I流過。M1導(dǎo)通與截止的等效拓?fù)淙鐖D2所示。圖2 M1導(dǎo)通與截止的等效拓?fù)潆娏餍蚉WM 與電壓型PWM比較，電流型PWM控制在保留了輸出電壓反饋控制外，又增加了一個(gè)電感電流反饋環(huán)節(jié)，并以此電流反饋?zhàn)鳛镻WM所必須的斜坡函數(shù)。 下面分析理想空載下電流型PWM電路的工作情況(不考慮互感)。電路如圖3所示。設(shè)V導(dǎo)通，則有LdiL/dt = ui (1) iL以斜率ui/L線性增長(zhǎng)，L為T1原邊電感。經(jīng)無感電阻R1采樣Ud=R1iL送到脈寬比較器A2與Ue比較，當(dāng)UdUe，A2輸出高電平，送到RS鎖存器的復(fù)位端，此時(shí)或非門的兩個(gè)輸入中必有一個(gè)高電平，經(jīng)過或非門輸

4、出低電平關(guān)斷功率開關(guān)管V。當(dāng)時(shí)鐘輸出為高電平時(shí)，或非門輸出始終為低電平，封鎖PWM，這段時(shí)間由時(shí)鐘振蕩器OSC輸出脈沖寬度決定，即PWM信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。在振蕩器輸出脈沖下降同時(shí)，或非門兩輸入均為低電平，經(jīng)或非門輸出為高電平，V導(dǎo)通。圖3 理想空載下電流型PWM電路 簡(jiǎn)言之，PWM信號(hào)的上升沿由振蕩器下降沿決定，而PWM的下降沿由電感電流限值信號(hào)和誤差信號(hào)Ue共同決定，最大脈寬的下降沿受振蕩器上升沿控制。圖4為其工作時(shí)序圖。圖4 工作時(shí)序圖開關(guān)穩(wěn)壓電源 由UC3842構(gòu)成的開關(guān)電源電路如圖6所示，T為高頻變壓器。剛開機(jī)時(shí)，220V交流電先通過PNF濾掉射頻干擾，再經(jīng)過整流濾波獲得約+300V直流

5、電壓，然后經(jīng)R2降壓后向UC3842提供+16V啟動(dòng)電壓。R1是限流電阻，C1為濾波電容。正常工作后，自饋線圈N2上的高頻電壓經(jīng)過VD1、C1整流濾波，就作為UC3842的正常工作電壓。R5、C4用以改善內(nèi)部誤差放大器的頻率響應(yīng)，R1是斜坡補(bǔ)償電阻。開關(guān)頻率 。C5為消噪電容，R10是過流檢測(cè)電阻，R7是VMOS開關(guān)功率管的柵極限流電阻。由C8、VD1、R11、VD2、C9構(gòu)成兩級(jí)吸收回路，用于吸收尖峰電壓。VD1和VD3選用恢復(fù)二極管FR305。VD4為輸出級(jí)的整流管，采用肖特基二極管，以滿足高頻、大電流整流之需要。圖6 UC3842構(gòu)成的開關(guān)電源電路 當(dāng)NMOS管導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)線圈N1電流線

6、性增大，磁場(chǎng)增強(qiáng)，次級(jí)線圈中VD4截止，由電容C10向負(fù)載供電；此時(shí)，脈沖變壓器原邊回路中VD2亦截止，N1這時(shí)起存儲(chǔ)能量的作用。當(dāng)NMOS管截止后，初級(jí)線圈電流減小，磁場(chǎng)減弱，次級(jí)線圈回路中VD4導(dǎo)通，能量通過VD4及C10向負(fù)載釋放，輸出直流電壓，部分能量由VD2向電阻R12和電容C9釋放。 為保證開關(guān)電源輸出直流電壓不受干擾，電路中提供了穩(wěn)壓電路。一是采用NMOS管源極串接電阻R9，把電流信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，送入U(xiǎn)C3842作為比較電壓，控制激勵(lì)脈沖的占空比，達(dá)到穩(wěn)壓目的。二是變壓器T中的線圈N2間接采樣，起到電壓反饋?zhàn)饔茫琋2間接采樣后，經(jīng)過VD1和C3整流，在C3上取樣，該電壓一方面經(jīng)

7、過R3和R4分壓送到UC3842的2管腳加到誤差放大器A3的反相輸入端，另一方面直接送到UC3842的7管腳，作為芯片供電電壓。電路剛啟動(dòng)時(shí)由輸入電壓經(jīng)整流濾波降壓給芯片供電，工作后由反饋電壓供電，因而UC3842的電源電壓反映了輸出電壓的變化，起到反饋?zhàn)饔?，使輸出電壓穩(wěn)定。三是在UC3842中，鋸齒波發(fā)生器輸出鋸齒波的斜率還與輸入電壓有關(guān)，當(dāng)輸入電壓升高時(shí)鋸齒波斜率增大，使輸出激勵(lì)脈沖占空比減小，從而使輸出電壓維持穩(wěn)定，反之亦然，實(shí)際上相當(dāng)于反饋控制?？偨Y(jié) UC3842是目前流行的電流型PWM信號(hào)發(fā)生器，具有精度高、電壓穩(wěn)定、外圍電路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在輸出電壓范圍是4.95.1