中心議題：

• 分析電流控製型開關電源方案

解決方案：

• 采用離線式結構
• 采用直接反饋式結構

隨著電力電子技術的高速發展

，電力電子設備與人們的工作
、生活的關係日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全麵實現了開關電源化
，率先完成計算機的電源換代
，進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控(kong)製(zhi)設(she)備(bei)電(dian)源(yuan)等(deng)都(dou)已(yi)廣(guang)泛(fan)地(di)使(shi)用(yong)了(le)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)
，更(geng)促(cu)進(jin)了(le)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)。開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)是(shi)利(li)用(yong)現(xian)代(dai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)，控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)晶(jing)體(ti)管(guan)開(kai)通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)的(de)時(shi)間(jian)比(bi)率(lv)，維(wei)持(chi)穩(wen)定(ding)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)一(yi)種(zhong)電(dian)源(yuan)
，開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)一(yi)般(ban)由(you)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)調(tiao)製(zhi)（PWM）控製IC和MOSFET構(gou)成(cheng)。開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)和(he)線(xian)性(xing)電(dian)源(yuan)相(xiang)比(bi)，二(er)者(zhe)的(de)成(cheng)本(ben)都(dou)隨(sui)著(zhe)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)長(chang)，但(dan)二(er)者(zhe)增(zeng)長(chang)速(su)率(lv)各(ge)異(yi)。線(xian)性(xing)電(dian)源(yuan)成(cheng)本(ben)在(zai)某(mou)一(yi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)點(dian)上(shang)，反(fan)而(er)高(gao)於(yu)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)
，這(zhe)一(yi)成(cheng)本(ben)反(fan)轉(zhuan)點(dian)。隨(sui)著(zhe)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)創(chuang)新(xin)
，使(shi)得(de)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)在(zai)不(bu)斷(duan)地(di)創(chuang)新(xin)，這(zhe)一(yi)成(cheng)本(ben)反(fan)轉(zhuan)點(dian)日(ri)益(yi)向(xiang)低(di)輸(shu)出(chu)電(dian)力(li)端(duan)移(yi)動(dong)，這(zhe)為(wei)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)提(ti)供(gong)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)發(fa)展(zhan)空(kong)間(jian)。

電壓控製型開關電源會對開關電流失控
，不便於過流保護
，並且響應慢、穩定性差。與之相比

，電流控製型開關電源是一個電壓、電流雙閉環控製係統，能克服電流失控的缺點，並且性能可靠、電路簡單。據此，我們用UC3842xinpianshejileyigedianliukongzhixingkaiguandianyuan。weiletigaoshuchudianyadejingdu，xitongmeiyoucaiyonglixianshijiegou
，ercaiyongzhijiefankuishijiegou。benxitongzaishejishangchongfenkaolvlediancijianrongxingheanquanxing
，keguangfanyingyongyugongye、家電
、視聽和照明設備。

電流控製型開關電源的原理框圖

電dian流liu型xing控kong製zhi是shi針zhen對dui電dian壓ya型xing控kong製zhi的de缺que點dian而er發fa展zhan起qi來lai的de
，在zai保bao留liu了le電dian壓ya控kong製zhi型xing的de輸shu出chu電dian壓ya反fan饋kui控kong製zhi部bu分fen外wai，又you增zeng加jia了le一yi個ge電dian流liu反fan饋kui環huan節jie，其qi原yuan理li框kuang如ru圖tu1所示。

電流控製型開關電源是一個電壓
、電流雙閉環控製係統
，內環為電流控製環，外環為電壓控製環。當U O變化導致UF變化，或I變化導致US變化時，從而改變UO
，達到輸出電壓穩定的目的。

電流型控製芯片UC3842

UC3842 采用固定工作頻率脈衝寬度可控調製方式，共有8 個引腳，各腳功能如下：①腳是誤差放大器的輸出端
，外接阻容元件用於改善誤差放大器的增益和頻率特性；②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準電壓進行比較

，產生誤差電壓
，從而控製脈衝寬度
；③腳為電流檢測輸入端， 當檢測電壓超過1V時縮小脈衝寬度使電源處於間歇工作狀態

；④腳為定時端，內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數決定

，f=1.8/（RT×CT）；⑤腳為公共地端；⑥腳為推挽輸出端
，內部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns 驅動能力為±1A ；⑦腳是直流電源供電端，具有欠
、過壓鎖定功能
，芯片功耗為15mW；⑧腳為5V 基準電壓輸出端
，有50mA 的負載能力。

8端口雙列直插塑料封裝的UC3842各管端口功能簡介。

①端口COMP是內部誤差放大器的輸出端。

②端口VFB是反饋電壓輸入端，與內部誤差放大器同相輸入端的+2.5V基準電壓進行比較，產生誤差電壓，控製脈衝的寬度。

③端口ISENSE是電流傳感端。在應用電路中，在MOSFET的源極串接一個小阻值的取樣電阻
，將脈衝變壓器的電流轉換成電壓並送入③端口，控製脈衝的寬度。

④端口RT/CT是定時端。鋸齒波振蕩器的振蕩頻率f=1.8/（RT·CT）
，電流模式工作頻率可達500kHz。

⑤端口GND是接地。

⑥端口OUTPUT是輸出端
，此端口為圖騰柱式輸出
，驅動電流的峰值高達l.0A。

⑦端口VCC是電源。當供電電壓低於16V時
，UC3824不工作，此時耗電在1mA以下。芯片工作後

，輸入電壓可在10～30V之間波動，工作電流約為15mA。

⑧端口VREF是基準電壓輸出
，可輸出精確的+5V基準電壓

，電流可達50mA。

UC3842構成電流控製型開關電源

1 電路組成

UC3842構成的電流控製型開關電源電路如圖3所示。

2 工作原理

220V交流電先通過濾波網絡濾掉各種幹擾。電阻R1主要用來消除斷電瞬間殘留的電壓，熱敏電阻RT1可以限製浪湧電流，壓敏電阻VDR保護電路免受雷電的衝擊。當C17的正端電位升到≥R16時，⑦端口得工作電壓
，UC3842電路啟動，⑥端口電位上升，Q1開始導通，同時⑧端口的5V電壓通過內電路建立……C12濾波電容消除在開關時會產生尖峰脈衝
，C11為消噪電容

，R6
、C13決定鋸齒波振蕩器的振蕩頻率，R9

、C15用來確定誤差放大器的增益和頻響。C14起斜坡補償作用，能提高采樣電壓的可靠性。正常工作後，線圈N2上的高頻電壓經過D2、R17
、C18、D3為UC3842提供工作電壓。

當(dang)開(kai)關(guan)管(guan)導(dao)通(tong)時(shi)，整(zheng)流(liu)電(dian)壓(ya)加(jia)在(zai)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)繞(rao)組(zu)上(shang)的(de)電(dian)能(neng)變(bian)成(cheng)磁(ci)能(neng)儲(chu)存(cun)在(zai)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)中(zhong)。開(kai)關(guan)管(guan)截(jie)止(zhi)後(hou)，能(neng)量(liang)通(tong)過(guo)次(ci)級(ji)繞(rao)組(zu)釋(shi)放(fang)到(dao)負(fu)載(zai)上(shang)。D7
、D8是脈衝整流二極管
，C7、R5吸收旁路開機瞬間出現的脈衝電流，L3、C8、C9
、C10組成濾波電路。輸出電壓可由下式描述。

UO=UI（TON/KTOFF）

式中
，UO為輸出電壓，UI為整流電壓
，K為變壓器的變壓比，TON為Q1的導通時間，TOFF為Q2的截止時間。

由上式可知，輸出電壓和開關管的導通時間及輸入電壓成正比，與變壓器的變壓比及開關管的截止時間成反比。C16、R12、D5用來限製柵極電壓和電流
，進而改善Q1開關速度，有利於改善電磁兼容性。R13主要來防止Q1柵極懸空，D1、R4
、C5和D6、R16、C20構成兩級吸收回路
，用於吸收尖峰電壓，防止Q1損壞。

係統中的穩壓電路有：

用三極管的管壓降代替穩壓二極管電路中的穩壓電阻R。當UI或RL變化引起輸出電壓UO變化時

，UO的變化將反映到三極管的發射結電壓UBE上

，引起UCE的變化，從而調整UO，以保持輸出電壓的基本穩定。根據三極管所起的作用


，稱為調整管。由於調整管與負載是串聯關係，所以圖15-2-1稱為串聯型穩壓電路。它主要由基準電壓、比較放大、取樣電路和調整元件組成。比較放大可以是單管放大電路、差動放大電路
、集成運算放大器。調整元件可以是單個功率管，複合管或用幾個功率管並聯。取樣電路取出輸出電壓UO的一部分和基準電壓VREF比較。

● 電流反饋電路。Q1源極串接取樣電阻R15

，把電流信號變為電壓信號，送入UC3842內部的電流檢測比較器同相端。當Q1導通
，電流斜率上升時，取樣電阻R15的電壓增加。一旦R15的電壓等於電流檢測比較器反相端的電壓
，內部觸發器複位，Q1截止，即實現了以電流控製⑥端口激勵脈衝的占空比來穩定輸出電壓。C19用來抑製取樣電流的尖脈衝。

● 電壓反饋電路。主要由可編程精密穩壓器TL431和線性光電耦合器PC817組成。輸出電壓經R21、R22分壓後得到取樣電壓，送到可編程精密穩壓器TL431的參考端口，改變R21、R22的阻值，使TL431的穩壓值變化，即可改變開關電源的輸出電壓。當輸出電壓升高時，TL431兩端的電壓UKA保持不變，光電耦合器控製端電流增大
，②端口反饋端電壓值隨之增大，UC3842內部的電流檢測比較器反相端的電壓變低，輸出端⑥端口的脈衝信號占空比變低，開關管的導通時間減少，輸出電壓降低；反之，如果輸出電壓下降時，UC3842的輸出脈衝占空比增大，輸出電壓增高
，達到穩壓目的。另一方麵，⑦端口電源電壓由D2整流、C18濾波產生，反映了輸出電壓的變化，起到反饋作用，使輸出電壓穩定。

● 電dian路lu有you前qian饋kui線xian調tiao整zheng功gong能neng。在zai負fu載zai不bu變bian時shi
，輸shu入ru電dian壓ya突tu然ran增zeng加jia，開kai關guan變bian壓ya器qi的de感gan應ying電dian流liu由you於yu輸shu入ru電dian壓ya增zeng加jia而er迅xun速su斜xie升sheng
，因yin反fan饋kui信xin號hao和he誤wu差cha信xin號hao尚shang未wei改gai變bian
，限xian流liu作zuo用yong發fa生sheng比bi較jiao快kuai，故gu脈mai衝chong寬kuan度du變bian得de比bi較jiao窄zhai。所suo以yi，市shi電dian的de變bian化hua在zai影ying響xiang輸shu出chu之zhi前qian己ji被bei補bu償chang
，即ji提ti高gao了le對dui輸shu入ru電dian壓ya的de響xiang應ying速su度du。

當係統工作在占空比大於50％或連續電感電流條件下
，會產生諧波振蕩
，它是由固定頻率和峰值電流取樣同時工作所引起，圖4A顯示了這種現象。如果係統有一個擾動加到控製電壓上

，產生一個小的△I（圖中虛線），係統將不穩定。

為了能使係統在占空比大於50％或連續電感電流條件下仍能可靠工作，將④端口的鋸齒波電壓通過射極跟隨器Q2送入③端口
，從而在電流取樣端上增加了一個與脈寬調製時鍾同步的人為斜坡，可以在後續周期將△I擾動減小至零
，如圖4B所示。該補償斜坡的斜率必須等於或略大於m2/2

，係統才具有穩定性。

係統設計的保護電路有：

● 輸出過壓保護電路Ⅰ。當輸出電壓較高

，通過電壓反饋電路使得②端口電壓超過2.5V時，內部觸發器複位，外接Q1截止，達到輸出過壓保護的目的。

● 輸出過壓保護電路Ⅱ。當輸出電壓升高
，高於D9的擊穿電壓時
，穩壓二極管D9擊穿
，可控矽SCR觸發導通，使光電耦合器二極管的負端電壓降為0V，光電耦合器飽和，②端口電壓為最大值，Q1一直截止，達到輸出過壓保護的目的。

● 輸出過流
、過載保護電路。在電路過流
、過載時，輸出電壓降低，Q3、D4、R8構成次級過流、過載保護電路。當次級未過載時，Q3、D4截止；當次級過載時，Q3、D4導通

，④端口電位下降，鋸齒波振蕩器停振，達到過流、過載保護的目的。

● Q1過流保護電路。當電源電壓異常時
，開關回路的電流增大，取樣電阻R15上的電壓超過1V時
，內部觸發器複位，外接Q1截止，有效地保護了Q1。

結論

本係統采用UC3842設計的電流控製型開關電源，克服了電壓控製型開關電源電壓調整率和負載調整率差的缺點，並且性能可靠，電路簡單。該電源是20～80W的小功率開關電源的理想電源。