1、基于UC3844的反激式開關電源控制環路設計實例管曉磊哈爾濱九洲電氣股份有限公司,黑龍江哈爾濱 150081摘要:電流型控制芯片UC3844已經廣泛應用在開關電源中,本文是基于UC3844設計的控制環路,闡述了反激式開關電源控制環路的一般方法。關鍵詞:控制環路設計 UC3844 反激開關電源引言在開關電源的設計過程中,控制環路的設計至關重要,控制環路的設計可以決定電源的成敗與否。開關電源的控制方式有電流控制方式和電壓控制方式兩種。電源系統的傳遞函數隨控制方式的不同而有很大差異,因此在環路設計分析時,應獨立分開。本文對基于UC3844構建的開關電源控制環路進行設計分析.論述開關電源電流型控制環路

2、設計的一般方法。1.UC3844概述Uc3844是一種性能優良的電流控制型脈寬調制芯片,其內部結構電路如圖l所示,它集成了振蕩器、具有溫度補償的高增益誤差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準欠電壓鎖定電路及PWM 鎖存器電路。 圖12. 反饋環路設計圖2為電流控制方式的雙管反激開關電源的反饋控制環路電路。其中電流型控制芯片UC3844放在開關線圈的初級,控制功率開關。在次級電路中,穩壓器件TL431作為基準和反饋誤差放大器,采樣輸出,并產生相應的誤差電壓。該誤差電壓通過光耦TLP521-1轉變成誤差電流,耦合到初級中,作為控制芯片UC3844的輸入。UC3844通過此輸人,產生相

3、應的占空比信號來控制功率開關。由于在設計中運用了TL431內部的反饋運算放大器,所以在光耦接UC3844時,略過了UC3844的內部運放,直接把誤差輸入接UC3844內部運放的輸出端,這種設計可以把反饋信號的傳輸時間縮短一個放大器的傳輸時間,使電源的動態響應更快。圖2中部分參數如下,輸入電壓415630VDC,主輸出為15V/0.6A 20V/1.8A,初級匝數為96匝,次級匝數15V一路為4匝,20V 一路為5匝,開關頻率為40KHZ,R4為17.8k,C6 C7 R7為待求的補償參數; 圖2(應用在大功率開關電源中的輔助電源控制部分 3. 系統的閉環穩定標準穩定性通常用相位裕量m和增益裕量

4、G m兩個參數來衡量 1。m為當閉環系統中增益穿越頻率(G s=0dB所對應的相位值與360。的差值;G m為相位在360。時的增益值低于單位增益的量。在工程設計中,通常要求G m<-10dB,m45。2,這是因為如果m在小,就意味著相位向360。靠近,就是一個亞穩態系統,這樣在負載或母線發生較大瞬態變化時,電源就會產生振蕩。4. 電流型常用的誤差放大補償器主要有單極點補償器具有帶寬增益限制的單極點補償器極點零點補償器和雙極點雙零點補償器,下圖3所示為本文所要采用的極點零點補償器電路圖,圖4為補償器的博德圖 圖3 圖4這種補償器用在具有單極點濾波響應的拓撲中,這些拓撲有:電壓型控制電流斷

5、續的反激式變換器和電流型控制正激式變換器和反激式變換器。該補償器有直流增益大,相位超前的特性。這種補償方法在直流處有一個極點,通過提高誤差放大器的開環增益來改善輸出調節性能,在輸出濾波器最低極點頻率或以下引入一個零點,以補償濾波器的極點引起的相位滯后。補償器的最后一個極點用來衰減高頻分量,以抵消輸出濾波電容ESR引起的零點作用。5.控制環路參數設計通常,主電路是根據應用要求設計的,設計時一般不會提前考慮控制環路的設計。在這里,主要介紹控制環路的設計,其他主功率部分就不在敘述。本文直接根據控制到輸出特性來設計控制環路,控制到輸出特性定義為電源系統中不考慮誤差放大器的特性,誤差電壓輸入到PWM的點

6、作為系統輸入點,輸出反饋電壓輸入到誤差放大器負端的點作為系統輸出點,如圖5所示 圖5本文是采用電流型控制的反激式變換器,為了得到好的負載調整率和暫態響應,選用極點零點補償器,首先要知道控制到輸出的特性的直流增益,A dc=(V in-V out2/ V inV×(N out/N inA dc 3=(630V-15V2/ 630V*1V×(4匝/96匝=25.04該增益用分貝表示為G dc=20lg04.25=28dB,然后確定濾波器的極點,雖然+15V占檢本文是把控制理論與開關電源的控制環路相結合的工程算法，是 一種通用性比較強的方法， 闡述了雙管反激開關電源中基于TLP5

7、21-1 和TL431配合環路的補償設計，通過選擇合適的零極點保證系統的穩 定工作。本電路已隨產品大批量生產應用到現實領域當中，證明本方 案的可行性。 參考文獻 1 韓林華，吳遁陵，史小軍，朱為，堵國梁 ，反激開關電源中 基于PC817A與TIA31配合的環路動態補償設計. 電子工程師，2005， （11）. 2 張占松,蔡宣三. 開關電源的原理與設計. 北京:電子工業 出版社,1998 3 Marty Brown 著 徐德鴻等譯 開關電源設計指南. 北京：機 械工業出版社 The Control-loop Design Example of Flyback SMPS Base on Uc38

8、44 GuanXiaoLei （HARBIN JIUZHOU ELECTRIC CO., LTD，HaErBin 150081 China） 【Abstract】 Current control pulse-duration modulation chip Uc3844 has been widely applied in the design of flyback Switch-Mode Power Supply,This article is based on the design of the control loop UC3844 ,On flyback switching power supply control loop of the gen