电流控制型开关电源

电流控制型开关电源的制作

电流控制型开关电源

刘　岩　　常　佶　　田立欣

(内蒙古工业大学　呼和浩特　010062)

摘　要　介绍了电压控制型和电流控制型开关电源的基本原理及两者的优缺点比较,具体介绍了电流型控制芯片UC3846的应用体会。

关键词　电压型控制　电流型控制　开关电源

件下,闭环系统才能稳定工作。我们知道,开关电源的电流都要通过电感,对于电压信号有90°的相位延迟。而对于整个稳压电源系统来说,实际上是通过初级的励磁电流IP改变高频变压器中的磁通,以适应输入电压和负载的变化而保持输出电压恒定的要求。这种采样输出电压的方法实现控制,在调节过程中存在一定滞后,结果必然是响应速度慢、稳定性差,甚至在大信号变动时易产生振荡。3　电流型控制技术

1　引　言

由于线性电源重量、体积大;用金属量与能耗均高;开关电源体积小,重量轻,变换效率较高,对整机多项指标有良好影响,广泛地应用于计算机通信设备、控制装置及家用电器等多种电子设备中;且由于人们对大功率级和模块式冗余结构并联工作系统等的要求,使得开关电源从传统的电压控制型向着电流控制型的方向发展。2　电压型控制技术

目前应用相当广泛的传统的脉冲宽度调制(PWM)型开关稳压电源只对输出电压进行采样,作为反馈信号来实现闭环控制,例如TL494,SG3525等。下面结合图1说明电压型PWM控制的基本原理:电源输出电压V0与参考电压Vr比较放大,得到误差信号Ve,Ve又和锯齿波信号比较后,脉冲比较器输出一系列脉冲,这些脉冲的宽度随误差信号Ve的变化而变化,它是一种单环控制系统

。

图1　电压型控制开关电源的原理图

电压控制型开关电源是一个二阶系统,它有两个状态变量,即输出滤波电容器上的电压和输出滤波电感中的电流。二阶系统是一个有条件稳定系统,只有对控制回路进行精心设计,在满足一定条

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针对上述电压型控制的缺点,最近十几年发展起来了电流型控制技术。电流控制型开关变换器正是在传统的电压控制型的基础上,增加了一个内环——电流反馈环,使其成为一个双环控制系统,让电感上的电流不再是一个独立变量,从而使开关变换器的二阶模型去掉了电感电流而成为一阶系统。

图2所示为电流型控制的原理图。当时钟脉冲置位于锁存器时,电流信号VS跟误差放大器的输出电平Ve进行比较,然后去控制锁存器,输出脉冲驱动功率管导通,电源回路中的电流脉冲逐渐增大。当电流在采样电阻RS上的幅度达到Ve电平时,脉宽比较器状态翻转,锁存器复位,驱动撤除,功率管截止。线路就是这样逐个地检测和调节电流脉冲,达到控制电源输出的目的。

可见,无论是理论分析还是电路测试,都证明电流型控制比电压型控制有许多优点。主要是:

(1)对输入电压变化响应快,抗干扰性能强　电源输入电压的变化,必然会引起变压器初级电流上升的斜率的变化,如电压升高,则电流增长变快,反之则变慢。但是只要电流脉冲达到了预定的幅度,

电流控制型开关电源的制作

电流控制回路就动作,使得脉冲宽度发生改变,保证输出电压的稳定。在电压型控制电路中,检测电路对输入电压的变化没有直接反应,要到输出电压发生一定变化后,一般要在5～10周后才能响应输入电压的变化

。

因为电感中电流脉冲的幅值是与直流输出电流的平均值成比例的,因而电感的延迟作用就没有了。

电流控制型和电压控制型的开关电源相比有许多优点,但其本身也有缺点,如电感峰值电流与平均电流有误差;直流开环负载调整率较差。这些问题绝大部分可以采取适当措施后得到满意地解决,这就为电流型开关电源的普及和发展创造了条件。4　电流型PWM控制芯片UC3846

目前,国际上有很多种电流型PWM控制芯片,但在实际应用中最普遍的是用于单端电路的UC3842和用于双端电路的UC3846。由于篇幅有限,在此只把我们采用过的UC3846的特点和工作原理作一介绍,其内部框图及各工作点波形图,如图3(a)、(b)所示。它的主要特点:①重脉冲抑制

图2　电流型控制开关电源的原理图

(2)过流保护和可并联性　在电流控制型DC DC变换器中,由于内环采用了直接的电流峰值控

制技术,它可以及时、准确的检测输出或变压器以及开关管中的瞬态电流,自然形成了逐个电流脉冲检测电路。只要给定或限制参考电流,就可以准确地限制流过开关管和变压器中的最大电流,从而在输出过载或短路时保护了开关管和变压器。也可以有效的克服因输入电压的浪涌产生很大的尖峰电流而损坏功率开关管的这类故障。

同时,由于有了这个逐个电流脉冲限制的电流环,当多台开关电源并联运行时,每台电源都有独立的电流负反馈,并联输出电压有一个总的电压负反馈控制电路,使各个电流反馈系统有相同的电流参考值,这样就可以实现多台开关电源之间并联均流。这在当今电源规格要求繁多、电子设备整机可靠性要求提高的形式下,为模块化电源系统和电源冗余结构设计提供了捷径。

(3)变压器的磁通平衡　在半桥、全桥和推挽变换器中,电压型控制不能完全克服偏磁现象;电流型控制可以自动解决磁通不平衡的问题。这是因为它的内部电流环能使电流脉冲宽度虽不同,但幅值肯定相同。

(4)回路稳定性好、负载响应快　电流型控制可以看作是一个受输出电压控制的电流源,而电流源的电流大小就反映了电源输出电压的大小。这是

电路;②电流反馈功能;③振荡频率与死区;④限流作用;⑤软启动和保护。下面结合它的工作原理来说明上述特点。

UC3846是一个16脚封装的IC芯片,其工作原理:直流电源VIN从15脚引入,一路加到欠压锁定电路的输入端;另一路送到基准调整器的输入端,产生稳定的+5V基准电压(2脚),+5V再送到内部或外部的其它元件作为电源。振荡器的频率由外接阻容RT、CT决定(9脚、8脚)。同步端(10脚)专为外同步用,为多个UC3846的并联使用提供了方便。振荡器在输出锯齿波(见A图)的同时还输出一个内部时钟脉冲(见B图)

。

图3(a)　UC3846内部框图

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=(B+K)+F+J

　　UC3846除了对电流脉冲进行采样控制外,还独立设置了一个限流引脚1。它可以对每个电流脉冲实行限流检测,增加操作的可靠性。根据限流原理,只需在1脚对地接上一电容器,就可以实现软启动特性。

如果当两个电源并联运行时,将两个电源的UC3846的第5、6脚分别对应短接,使用同一个基准和采样电压,就能实现负载电流的自动均分。5　应用体会

图3(b)UC3846工作各点波形图

3、4脚是电流测定放大器的输入端,用于检测

变压器初级绕组的电流,电流波形见D图。电流测定放大器的增益为3,其输出由内电路限定在315V,因此,其最大输入电压值为315 3≈112V

用UC3846做为控制电路研制了半桥100W

开关电源,该电源用于集散控制系统中。根据集散控制系统的规模、结构、组成及负载的要求,同时考虑到系统的可扩展性、稳定性、可靠性,欲进行多路输出式单片开关电源的设计,技术指标如下:

(1)输入电压:　　单相交流220V输入电压变动范围:220V±20%输入频率:　　　50Hz±1Hz(2)直流输出分4路:

主输出　　5V±2%,15A辅输出　　±12V±1%,015A辅输出　　24V±1%,015A(3)纹波系数:主输出≤±015%　　　　辅输出≤±1%

(4)过电流保护:负载达到额定值105%～140%时保护

(5)标称输出功率:100W(6)负载调整率:SI≤1%(7)电源效率:80%～85%调试结果表明,各项指标均符合设计要求。通过对电流控制型开关电源的研制,我们感到所用方案最突出的优点是:工作安全可靠,线路调试方便,主回路和控制回路均没有增加复杂程度,具有很好的系统稳定性和输出恒流特性,有效地克服了变压器的偏磁现象,易于多台模块电源并联使用。同时,电流型PWM控制器件的应用,使得开关电源并联技术变得更为简单。

参　考　文　献

1　张占松,蔡宣三1开关电源的原理与设计1北

之内,根据112V数值可以选定电流测定环节参数。5、6脚是E A放大器(误差放大器)的同相、反相输入端,这两个输入端可根据应用需要连接,如一端可连到开关电源输出电压的取样电路上,另一端连到2脚的分压电路上。当内部时钟脉冲复位锁存器时,电流测定放大器的输出(即3倍后的电流感应信号和误差放大器输出(见C图),经二极管和015V偏压后进行比较,当前者的信号大于后者的

信号时,脉宽比较器状态翻转,锁存器置位,从而在比较器的输出端出现逐个检测和调节的电流脉冲(见E图)。T触发器输出脉冲见F和H图,这样在输出级为推拉式电路的输出端A、B(11、14脚)分别出现两路相位相差180°的电流脉冲,其脉冲宽度受反馈电流大小的影响。当该芯片欠压锁定时(见J图)或16脚的关闭信号经由350mV的电压相比较后(见G图)送入锁存器(锁存器的输出波形见K图),此时或门的输出波形见T1、T1、T2、T2图,对应输出级A、B端的输出脉冲全部关闭,变为低电平(见L、I图),从而实现保护。在此L、I的逻辑表达式可表示为:

L=T1=(B+K)+F+JI=T2=(B+K)+H+J

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京:电子工业出版社,1998

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具有温度补偿的接近传感器电路

肖　汉　　　　刘华伟

(空军工程大学工程学院研究生管理大队　西安　710038)

摘　要　介绍一种以异或门和电压比较器为核心器件的具有温度补偿的接近传感器电路。阐

述了该电路的工作原理。

关键词　接近传感器　异或门　电压比较器　温度补偿

端,另一路被延时01693R1C1(s),并由电压比较器IC1整形后送入异或门的另一个输入端。R4和C2对异或门输出滤波后产生与人体和感应面的距离成反比的电压

。

1　引　言

本文介绍一种具有温度补偿的接近传感器电路。该电路是我们为某仓库设计的自动保安系统的一部分,取得了比较好的使用效果。当有人接近某一区域时,这个电路能够对值班人员发出警告。2　工作原理

电路采用一块4in2(1in2=645116mm2)的敷铜板作为电容器的一个极板构成感应面。当人体靠近时成为另一个极板,产生一个随着人体接近而增加的电容值(介于2～5pF之间)。电路的基本工作原理就是通过一定的电路将感应电容值的变化转换为成比例的电压信号。这可以用图1所示的简化电路加以说明:其中C1为感应电容,方波信号分两路送入异或门,其中一路直接进入异或门的一个输入

图1　接近传感器的简化电路

异或门输出信号的占空比正比于R1+C1延时和比较器传输延时的总和,所以比较器延时的变化会掩盖感应电容的微小变化。为了解决这个问题,可以采用双比较器,让两路信号通过几乎相同的比较器传输到异或门的输入端,使比较器的失调电压、湿度漂移、传输延迟等效应的影响相互抵消。

2　崔海安1电流型控制技术在开关电源中的应SwitchingPowerSupply1IEEETransactionsonIndustryApplication,1995

用1雷达与对抗,1997(3)

3　LiodDizonH1Current-ModeControlof

Current-ModeControlofSwitchingPowerSupply

LiuYan　ChangJi　TianLixin

(InnerMongoliaPolytechnicUniversity,Huhehaote,010062)

Abstract　Describesbasicprinciplesofcurrent-modecontrolofswitchingpowersupplyandvoltage-Modecontrolofswitchingpowersupplyandcomparesadvantagesanddisadvantages1Atlast,introducescurrent-ModecontrolofintegratedcircuitUC3846andmyexperiences1

Keywords　voltage-modecontrol,current-modecontrol,switchingpowersupply

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