概述

開關功率電路分為電流模式控制和電壓模式控制兩種，UC3846是峰值電流模式控制的芯片。對于如圖1所示電壓模式控制，其優(yōu)點是：只有電壓環(huán)，單環(huán)控制容易設計和分析;波形振幅坡度大，因而噪聲小，工作穩(wěn)定;多模塊輸出時，低阻抗輸出能提供很好的交互控制。缺點是：電網(wǎng)或負載的擾動必須轉化為輸出擾動，才能被電壓環(huán)反饋，因此系統(tǒng)響應慢;輸出LC濾波電路給系統(tǒng)增加了兩個極點，這就需要在補償網(wǎng)絡增加零點或者需要一個低轉折頻率的主極點;環(huán)路增益隨輸入電壓而變化，因而補償網(wǎng)絡設計較復雜。

圖1 電壓模式控制

圖2所示電流模式控制在BUCK電路中的應用，和電壓模式控制比較時鐘信號只是使電源工作在固定的頻率，PWM比較器的另一個輸入是用從電感電流取得的信號代替了晶振，當電感電流的模擬信號超過了誤差放大器輸出的值Ve，脈寬關斷。

圖2 電流模式控制

電流模式控制的優(yōu)點是：電感電流的上升坡度為Vin-Vo，所以電感電流的波形對電網(wǎng)電壓的變化能迅速響應，避免了響應延時和增益隨輸入電壓的變化而變化;誤差放大器用來控制輸出電流而不是輸出電壓，所以電感可以看作誤差電壓控制的電流源，輸出濾波電路可以簡化為單極點電路(輸出電容并聯(lián)負載電阻)，這就使補償電路簡化，并且比電壓模式控制具有更大的增益帶寬;誤差放大器的輸出鉗位達到逐脈沖電流限制的目的;電源模塊并聯(lián)時均流容易實現(xiàn)。

電壓模式控制的所有顯著缺點都被電流模式控制克服了，所以電流模式控制得到了越來越普遍的關注和應用。但在應用電流模式控制時也要注意以下問題：占空比大于50%時，控制回路不穩(wěn)定，這時需加斜坡補償;控制調節(jié)電路是基于從電感電流取得的信號，因此功率部分的振蕩容易將噪聲引入控制電路。

芯片結構

圖3 UC3846結構圖

由圖3我們可以看到，UC3846通過用一個放大倍數(shù)固定為3的差動電流檢測放大器(其輸入小于1.2V)來獲得電感電流或開關電流信號，該電流檢測放大器即使在低檢測電壓時也能保持高噪聲抑制。PWM比較器的另一端接電壓誤差放大器，電壓誤差放大器的輸出作為給定信號，電壓誤差放大器的輸出同時被限流調整端(腳1)鉗位在V腳1+0.7，從而完成了逐脈沖限流的目的。當差動電流檢測放大器檢測的是開關電流而不是電感電流時，由于開關管寄生電容放電，檢測電流會有一個較大的尖峰前沿，可能使電流檢測鎖存和PWM電路誤動作，所以我們在電流檢測輸入端加RC濾波。

UC3846在晶振信號通道上全部采用了NPN的晶體管取代開關速度慢的PNP的晶體管，所以即使在1MHz的工作頻率上也有很好的溫度穩(wěn)定性和波形。

晶振頻率由以下公式確定：

f=2.2/R1C1

為了減小噪聲對晶振的影響CT應選擇大于1000pF的電容，本設計選擇了4000pF的晶振電容，7K的晶振電阻(工作頻率80K)。對于主電路拓撲為全橋電路的情況，為了防止開關管的全導通，要設定開關管都關斷的“死區(qū)時間”，“死區(qū)時間”由晶振的下降沿決定，UC3846的死區(qū)時間為：

Td=145Ct

UC3846的軟啟動和關斷信號也是連到限流調節(jié)端1腳的。由圖3我們可以看出1腳的電位低于0.5V時無脈寬輸出，我們在1腳連電容到地如圖5所示，開機后隨著電容的充電，電容電壓高于0.5V時有脈寬輸出，并隨著電容電壓的升高脈沖逐漸變寬，完成軟啟動功能。當外部有“關斷”信號到16腳時(一個高于350mV的高電平)，關斷比較器輸出高電平觸發(fā)晶閘管導通，軟啟動電容放電，1腳電位降低到低于0.5V，輸出關斷。低電壓鎖存也通過一個PNP三極管接到了限流調整端腳1，當參考電壓達到低壓鎖存門限時，三極管導通，1腳電容通過三極管放電，1腳電位降低，輸出鎖存;當參考電壓升高超過低壓鎖存門限時，三極管關斷，1腳電容充電，電位上升，恢復輸出脈寬。

圖4 主電路拓撲—雙晶體管正激電路

電路設計

主電路主電路如圖4所示，采用了雙晶體管正激式變換電路以減小關斷時開關管兩端的電壓(本主電路的輸入接前級功率因數(shù)校正電路的輸出400V)，上下兩組開關管關斷期間通過上下的續(xù)流二極管將高頻變壓器原邊中存儲的能量釋放回電網(wǎng)。這種電路拓撲高頻變壓器不易飽和，上下兩組開關管同時導通同時關斷，避免了全橋電路和半橋電路的開關管直通問題，因此電路可靠性高。這種拓撲結構廣泛應用在中、小功率的電路中。

控制電路

圖5 控制電路

控制電路如圖5所示，采用了峰值電流型控制芯片UC3846，其最大占空比小于50%，保證高頻變壓器原邊中存儲的能量釋放完。由圖1可以看出電流環(huán)的給定是電壓環(huán)的輸出，所以輸出電壓調節(jié)和輸出電流調節(jié)都是通過調節(jié)UC3846的電壓給定來完成的。第1腳限流調節(jié)端設定在4V，如圖所示即電流給定限定在3.5V。為了改善工作性能，電流檢測端接有RC濾波(電阻為10K，電容為100pF)。為了電路的穩(wěn)定運行從晶振取一個小信號加到電流檢測的正極性端，完成斜坡補償?shù)墓δ?。為了補償網(wǎng)絡的穩(wěn)定工作，我們在第7腳補償端加了電阻電容串聯(lián)到地(電阻為1K，電容為1nF)。最后UC3846的輸出通過TC4424放大后接驅動脈沖變壓器給主電路提供驅動信號。

實驗結果

開關管兩端的波形及負載擾動時的輸出波形如圖6、圖7所示。我們可以看到電流模式控制對于擾動有很好的響應。

圖6 負載擾動時輸出

圖7 開關管兩端波形

結論

在分析了電流模式控制和電壓模式控制的特點之后，從補償網(wǎng)絡設計、動態(tài)響應速度、電流控制能力、多模塊均流等方面考慮，電流模式控制具有比電壓模式控制更優(yōu)越的性能，并得到了越來越廣泛的應用。應用一種峰值電流模式控制的芯片UC3846設計的48V/50A通信電源，取得了良好的性能。