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UC3844驱动电源与外围电路详解 —电路图天天读（152）
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3秒自动关闭窗口UC3844驱动电源与外围电路详解 —电路图天天读（152）
日 11:35 来源：网站整理 作者：Dick (0)
　　开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电流控制型，前者是一个单闭环电压控制系统，在其控制过程中，电源电路中的电感电流未参与控制，是独立变量，开关变换器为二阶系统，而二阶系统是一个有条件的稳定系统；后者是一个电压、电流双闭环控制系统，电感电流不再是一个独立变量，从而使开关变换器成为一个一阶无条件的稳定系统，因而很容易不受约束地得到大的开环增益和完善的小信号、大信号特性。为此，应用电流控制型芯片（峰值电流控制）(＄0.1386)设计了一种大功率高频开关电源功率开关（例如IGBT）驱动电源，其主要技术指标为：5路输出（各路均为20V/0.5A）；输出电压纹波&0.5% ；工作频率为40kHz；输入交流电压范围（1&10%）220V。
　　主电路
　　图1是所设计电源的原理图，主电路采用单端反激式变换电路，220 V交流输入电压经桥式整流、电容滤波变为直流后，供给单端反激式变换电路，并通过电阻R1、C2为UC3844提供初始工作电压。为提高电源的开关频率，采用功率MOSFET作为功率开关管，在UC3844的控制下，将能量传递到输出侧。为抑制电压尖峰，在高频变压器原边设置了RCD缓冲电路。
　　UC3844外围电路设计
　　UC3844内部主要由5.0V基准电压源、振荡器（用来精确地控制占空比调节）、降压器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E/A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等构成。UC3844的典型外围电路如图2所示，图中脚7是其电源端，芯片工作的开启电压为16V，欠压锁定电压为10V，上限为34V，这里设定20V给它供电，用稳压二极管稳压，同时并联电解电容滤波，其值为10uF。开始时由原边主电路向其供电，电路正常工作以后由副边供电。原边主电路向其供电时需加限流电阻，考虑发热及散热条件，其值取为62k&O/5W，为了防止输出电压不稳定时较高的电压直接灌人稳压二极管，导致其过压烧坏，在输出端给UC3844 供电的线路与稳压管相连接处串入一只二极管。
　　脚4接振荡电路，产生所需频率的锯齿波，工作频率为=1.8/CTRT，振荡电阻RT和电容CT的值分别为100k&O、200pF。脚8是其内部基准电压 （5V），给副边的三极管提供偏压。脚2及脚1为内部电压比较器的反相输入端和输出端，它们之间接一个15 k&O的电阻构成比例调节器，这里采用比例调节而不用PI调节的目的是为了保证反馈回路的响应速度。脚6是输出端，经一个限流电阻（22&O/0.25 w）限流后驱动功率MOSFET（(＄0.6202)），为保护功率MOSFET，在脚6并联一支15V的稳压二极管。
　　电流反馈电路设计
　　UC3844采用的是峰值电流控制模式，脚3是电流比较器同相输入端，接电流取样信号输入，即电流内环，由R3，Rf以及脚3组成。如图2所示，从脚3引入的电流反馈信号与脚1的电压误差信号比较，产生一个PWM（脉宽调制）波，由于电流比较器输入端设置了1V的电流阈值，当电流过大而使电阻R3上的电压超过1 V（即脚3电平大于1V）时，将关断PWM脉冲，反之，则保持此脉冲。由于电阻R3检测出的是峰值电流，因此它可以精确地限制最大输出电流，被检测的峰值电流为imax=1/R3。这里上端采样电阻Rf取为1k&O），下端电流检测电阻R3，取为0.55&O。滤波电容取为470pF/1.2V的电解电容。
　　电压反馈电路设计
　　采用三端可控基准源(＄0.0625)反馈误差电压，并将误差电压放大，驱动线性光耦(＄0.2210)的原边发光二极管，而处在电源高压端的光耦副边三极管得到反馈电压，输入到UC3844的内部误差放大器（脚1和脚2），进而调整开关管的开通、关断时间。TL431的参考端（REF）和阳极（ANODE）间是稳定的2.5V基准电压，它将取样电阻上的电压稳在2.5V。当输出电压增大，经R10，R11分压后得到的取样电压（即R-A间的电压）大于2.5V时，流过TL431的电流增大，其阴极电压下降，光耦原边二极管发光，传递到副边三极管，进而使得开关管的导通时间减少，从而降低输出电压。
　　本文设计的单端反激式开关电源，具有体积小、重量轻、输出电压纹波小等优点，且稳定性好，轻载和满载均能可靠运行，电网电压浮动时，电源也能正常工作，因此，作为IGBT的驱动电源，达到了满意的效果。另外，过程中遇到了以下两个问题，希望能为以后设计反激式电源的同行提供一些帮助：
　　1）3844的脚1和脚2接的电压反馈电路的逻辑及各个元器件的参数需要仔细推敲。
　　2）TL431的R-C间未接电容时，其上电压有很多尖峰毛刺，导致TL431不能正常工作，所以必须接这个电容。
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UC3844开关电源电路原理分析(正文)
UC3844开关电源电路原理分析
    
C3844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 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。&?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />2 　电流型PWM控制芯片UC3844的基本原理UC3844是电流型单端输出式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。&?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />图3 　UC3844 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50 mA。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±&?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />1A ,可直接驱动功率管。由于峰值电流自限,可以不要串入限流电阻.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。3 　UC3844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。该芯片的最大占空比为50% ,通常用于单端他激式变换器中。图4 所示为由UC3844构成的微机电源主电路。电路主拓扑采用单端反激式电路,由UC3844构成主控芯片。单端反激式电路具有结构简单、适宜多组输出、可靠性高等特点。使用电流型控制模式将进一步强化这些优点。在反激变换器中,开关管所受应力较高,这主要是开关关断时漏电感引起开关管集电极电压突然升高所致。抑制开关应力有两个方法:一种是减小漏电感;另一种是耗散过压的能量,或者使能量反馈回电源中。本文采用了第二种方法,在变压器原边并联RCD缓冲器。耗散过电压的能量依靠并联的RC电路,能量反馈回电源依靠定向二极管D1。变压器的设计是整个电路的关键之一。在设计变压器时,原边电感量不能太大,并且磁心中要增加气隙,否则会出现电流上升率小、导通时间短、电流上升值不大,导致电路没有能力传递所需功率。同时,在设计变压器时必须认真考虑变压器的磁饱和瞬时效应。在瞬变负载情况下,当输入电压较高而负载电流较小时,如果负载电流突然增加,则控制电路会立即加宽输出脉冲宽度来提供补充功率。这样,输入电压和脉冲宽度同时变为最大,即使只是一个短暂的时间,但变压器也会出现饱和,引起失控和故障。这就要求变压器设计时应按高输入电压、宽脉冲进行设计。图中R1、C4构成启动电路,当C4上的电压超过15V 时电路启动,然后由N4、D1、D2、C2、C4、C5、R6构成自馈电路供电。该电压同时也是电压闭环的信号电压。R10为电流取样电阻,流经该电阻的电流产生的电压经滤波后送入引脚3,构成电流控制闭环。与引脚4、引脚8相连的R5、C8是UC3844的外部定时电阻和定时电容。引脚6经限流电阻直接驱动功率管。引脚5为输入公共端。输出与输入相隔离,避免共地干扰。高频变压器和功率开关管都接有RCD 缓冲器,用于吸收尖峰电压,防止功率开关管的损伤。　微机电源主电路 4 　结束语利用UC3844设计制作的微机电源具有良好的性能指标,动态响应快,频率响应特性好;稳定幅度大,过冲极小。负载调整率改善明显,电压调节范围宽,纹波电压小,系统稳定,能很好地满足微机的工作要求。
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编辑：王阳
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& & 1 .1 主电路拓扑结构
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& & 1.2控制电路组成
& & 控制电路主要由电流型脉宽调制控制器UC3844和可调基准电压源组成。
& & UC3844具有电压环和电流环双闭环控制性能，其内部方框图如图2所示，其引脚共有8个，第2脚是电压反馈端，将取样电压加至E/A误差放大器的反相输入端，与放大器的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压。利用内部E/A误差放大器可以构成电压环。第3脚是电流反馈端，电流取样电压由第3脚输入到电流比较器。利用第3脚和电流比较器可以构成电流环。第1脚是补偿端，外接阻容元件以补偿误差放大器的特性.UC3844的振荡工作频率由4脚和8脚之间的所接定时Rt以及4脚和地之间所接的定时Ct设定。
图2 UC3844脉宽内部方框图
& & TL431是一种可调式精密并联稳压器，其等效内部电路如图3所示，主要由四部分组成：①误差放大器A，其同相输入端接取样电压UREF,反相输入端则接内部2.5V基准电压
& & Uref,并且设计为UREF=U②内部2.50V基准电压源 UREF ;③型晶体管VT，在电路中起调节电流的作用;④保护VD,能防止因K-A间电源极性接反而损坏芯片。通常在R-K端加入R、C构成误差放大器的反馈网络.TL431作为可调电压源时，外部接线图如图4所示，其输出电压由外部电阻R1和R2来设定，有公式U0=UKA=(1+R1/R2)*UREF
图3 TL431内部等效电路 图4 可调电压源外部接线
& & 基于上面的分析，本文采用了电压环和电流环双环控制的思想，控制电路如图5所示。其中利用TL431稳压的性能代替UC3844中的E/A误差放大器的功能，实现电压闭环控制，这样可以提高系统的动态响应，同时采用了光耦隔离技术，使整个反馈系统更安全可靠。内环依然通过UC3844的电流测量脚和内部电流测定比较器构成电流环.考虑到过流对系统的影响，在电压环(外环)调节的输出端，即电流环(内环)调节的给定端，进行幅值限定，
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