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1、UC3844开关电源电路原理分析引言UC3844是美国Unitrode公司（已被TI公司收购）生产的高性能电流型脉宽调制器(PWM)控制器。早期的PWM控制器是电压控制型的,常用的电压型PWM控制器有TL494、TL495、SG3524、SG3525等。电压型PWM是指控制器按反馈电压来调节输出脉宽,电流型PWM是指控制器按反馈电流来调节输出脉宽。电流型PWM是在脉宽比较器的输入端,直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比,使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于
2、结构上有电压环、电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是目前比较理想的新型PWM控制器。1电流型PWM控制与电压型PWM控制原理及性能比较1.1电压型PWM控制电压型PWM控制系统框图如图1所示。电源输出反馈电压Uf与基准电压Ug比较放大得到误差电压Ue,该误差电压再与锯齿波发生器产生的锯齿波信号进行比较,产生占空比变化的矩形波驱动信号。这种结构属于典型的单闭环系统,缺点是控制过程中主电路的电流没有参入输出控制。由于电感的作用,电流滞后于电压的变化,因而系统响应速
3、度慢,稳定性差。图1电压型PWM控制系统框图1.2电流型PWM控制电流型PWM正是针对电压PWM型的缺点发展起来的。它在原有的电压环上增加了电流反馈环节,构成电压电流双闭环控制。内环为电流控制环,外环为电压控制环。无论电流的变化,还是电压的变化,都会使PWM输出脉冲占空比发生变化。这种控制方式可改善系统的电压调整率,提高系统的瞬态响应速度,增加系统的稳定性。其控制系统框图如图2所示。图2电流型PWM控制系统框图1.3电流型PWM控制的优点a)电压调整率好。输入电压的变化立即引起电感电流的变化,电感电流的变化
4、立即反映到电流控制回路而被抑制。不像电压控制要经过输出电压反馈到误差放大器,然后再调节的复杂过程,所以响应快。如果输入电压的变化是持续的,电压反馈环也起作用,因而可以达到较高的线形调整率。b)负载调整率好。由于电压误差放大器可专门用于控制占空比,以适应负载变化造成的输出电压的变化,因而可大大改善负载调整率。c)系统稳定性好。从控制理论的角度讲,电压控制单闭环系统是一个无条件的二阶稳定系统。而电流控制双闭环系统是一个无条件的一阶稳定系统,系统稳定性好。2电流型PWM控制芯片UC3844的基本原理UC3844是
5、电流型单端输出式PWM,其最大占空比为50%,启动电压16V,具有过压保护和欠压锁定功能。当工作电压大于34V时,稳压管稳压,使内部电路在小于34V电压下可靠工作;当输入电压低于10V时,芯片被锁定,控制器停止工作。其内部框图和引脚图如图3所示。图3UC3844内部框图及引脚图在图3中,反馈电压和2.5V基准电压之差,经误差放大器E/A放大后作为门限电压,与反馈电流经采样后的电压,一起送到电流感应比较器。当电流取样电压超过门限电压后,比较器输出高电平触发RS触发器,然后经或非门输出低电平,关断功率管,并保持
6、这种状态直至振荡器输出脉冲到触发器和或非门为止。这段时间的长短由振荡器输出脉冲宽度决定。PWM信号的上升沿由振荡器决定,下降沿由功率开关管电流和输出电压共同决定。反转触发器限制PWM的占空比调节范围在0～50%之内.UC3844的振荡工作频率由引脚4与引脚8之间所接定时电阻RT、引脚4与地之间所接定时电容CT设定。计算公式为:f=1/T=RTCT/0.55=1.72RTCT。引脚2是电压反馈端,将取样电压加至E/A误差放大器的反相输入端,与同向输入端的2.5V基准电压进行比较,产生误差电压。利用内部E/A误
7、差放大器可以构成电压环。引脚3是电流反馈端,电流取样电压由引脚3输入到电流比较器。当引脚3电压大于1V时,输出关闭。利用引脚3和电流比较器可以构成电流环。引脚1是补偿端,外接阻容元件以补偿误差放大器的频率特性。引脚8为5V基准电压,带载能力50mA。引脚6为推挽输出端,有拉、灌电流的能力。引脚5为公共端。引脚7为集成块工作电源端,电压范围为8V～40V。UC3844的输出级为图腾柱式电路,与SG3525的一端完全相同。输出平均电流值为±200mA,最大峰值电流±1A,可直接驱动功率管。由于峰值电流自限,可以
8、不要串入限流电阻.对于电流型控制芯片UC3844,使输出驱动信号关断的方法有两种:一种是将引脚1电压降至1V以下,另一种是将引脚3电压升至1V以上。这两种方法都是使电流比较器输出高电平,PWM锁存器复位,关闭输出端,直至下一个时钟将PWM锁存器置位为止。根据这一原理,可以控制引脚1、3电压的变化,实现各种必要的保护。3UC3844在微机电源中的应用UC3844的外围电路简单,所用元件少,并且性能优越,成本低。该芯
