电流操控型开关电源的研讨
信息产业部电子第14研讨所鞠文耀（南京210013）
摘要：介绍电流操控型开关稳压电源的基本原理，并将其与电压型开关稳压电源进行剖析和比较，指出电流型操控的长处，最终介绍较为常用的一种电流型操控芯片和典型使用电路。
关键词：电流型电压型开关电源
Research on the Current Mode Switching Power Supply
Abstract： The paper introduces the basic principle of the current control mode switching power supply, compares it with the voltage control mode switching power supply, and points out its advantages. Finally a current control mode chip and a typical applied circuit. Keywords:Current mode Votage mode SMPS
1导言
脉宽调制（PWM）型开关稳压电源只对输出电压进行采样，实施闭环操控，这种操控办法属电压操控型，是一种单环操控系统。而电流操控型DC/DC开关变换器是在电压操控型的基础上，添加了电流反应环，构成双环操控系统，使得开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态呼应特性都有所提高，是现在较为抱负的作业办法。
图1电压操控型原理
2作业原理
2.1电压操控型的基本原理
电压操控型原理如图1所示。电源输出电压UO与参阅电压Uref比较扩大，得到差错信号Ue，再与斜波信号比较后，PWM比较器输出必定占空比的系列脉冲，这便是电压操控型的原理。其最大缺陷是：操控过程中电源电路内的电流值没有参加进去。众所周知，开关电源的输出电流是要流经电感的，故关于电压信号有90度的相位推迟，但是关于稳压电源来说，应当考虑电流的巨细，以习惯输出电压的改动和负载的需求，然后到达安稳输出电压的意图，因而仅选用输出电压采样的办法，其呼应速度慢，安稳性差，甚至在大信号改动时，会发生振动，构成功率管损坏等毛病。
2．2电流操控型的基本原理
电流操控型正是针对电压操控型的缺陷而发展起来的，从图2能够看到，它除保留了电压操控型的输出电压反应外，又添加了一个电流反应环节。所谓电流操控型，便是在脉宽比较器的输入端将电流采样信号与差错扩大器的输出信号进行比较，以此来操控输出脉冲的占空比，使输出的峰值电流跟从差错电压改动。
电流操控型的作业原理是选用恒频时钟脉冲置位锁存器，输出脉冲驱动功率管导通，电源回路中的电流脉冲逐步增大，当电流在采样电阻RS上的起伏到达Ue时，脉宽比较器状况翻转，锁存器复位，驱动撤消，功率管截止，这样逐一检测和调理电流脉冲，就可到达操控电源输出的意图。
图2电流型操控原理
如下：当接通电源后，Ui经R1加至7脚，当7脚电压上升至17V时，UC3842起振，V4导通，电流经过变压器T1的1、2端，并经V4，R7到地，此刻T1的4、5端感应出负电压，V5、V3反偏，两绕组均不耗能，变压器T1储能。其振动频率及导通时刻由UC3842来操控。当V4由导通转为截止后，二极管V5、V3正导游通，两绕组均开端耗能，一组为芯片供电，另一组为负载供电。其稳压原理如下：若输出电压因负载变轻而举高，此刻流过光耦N2的发光二极管发光强度添加，三极管内阻变小，然后使加至2脚的电压变高，经过与内部差错扩大器比较，使6脚输出导通
2．3电流操控型的首要长处
（1）线性调整率（电压调整率）十分好，可达0.01％/V，可与优秀的线性稳压器比美，这是因为UCC的改动当即反映为电感电流的改动，它不经过差错扩大器就能在比较器中改动输出脉冲宽度，再加一级输出电压U0至差错扩大器的操控，能使线性调整率更好。
（2）明显地改进了负载调整率，因为差错扩大器专门用于操控因为负载改动而构成的输出电压的改动。特别是使轻载时电压升高的起伏大大削减。从1/3负载至满载，负载调整率降至8％，2/3负载至满载，负载调整率降至3％以下。
（3）简化了过流维护电路（电流约束电路）。因为RS上感应出峰值电感电流，所以天然构成脉冲限流电路。这种峰值电感电流感应检测技能能够活络地、精确地约束最大输出电流，所以整个开关电源中的磁性元件（高频变压器）和功率元件（高压开关管）不用规划较大的余量，就能确保稳压电源作业牢靠，本钱下降。
（4）差错扩大器的外补偿电路简化，改进了频响，具有更大的增益－带宽乘积。因为电感电流是接连的，所以RS上检测出的峰值电流能代表均匀电流。整个电路可看作是一个差错电压操控电流源。变换器（差错扩大器）的幅频特性由双极点变成单极点，因而能够改进整个稳压器的特性。
3电流操控芯片及其使用
3.1电流操控芯片的结构
图3UC3842内部电路图及引脚图
因为电流操控型较电压操控型有不行比较的优越性，所以近年来发达国家竞相开发电流操控型芯片，以促进这一技能走向有用化，其间常用的UC3842的外电路接线简略，所用元件少，并且功能优越，本钱低价，驱动电平十分合适驱动MOS场效应管。图3示出了UC3842的内部电路框图和引脚图。UC3842为固定作业频率脉宽调制办法，输出电压或负载改动时仅调整导通宽度，它共8个脚，各脚功用如下：1脚，内部差错扩大器；2脚，反应电压输入脚，此脚电压与内部2.5V基准进行比较，发生操控电压，然后操控脉冲宽度；3脚，电感电流传感器，当取样超越1V时，缩小导通脉宽，使电源处于空隙作业状况；4脚，守时端，外接守时电阻Rt及守时%&&&&&%Ct，f=1.8/（Rt×Ct）；5脚，地；6脚，输出端，内部为图腾柱式,上升、下降时刻仅50ns，驱动才能为±1A；7脚，供电输入，起振后作业电压为10～13V，低于10V停止作业，功耗为15mW；8脚，内部基准电压，电压5V，电流50mA。
3．2UC3842组成的有用电路作业原理
由UC3842组成的有用电路见图4，其作业原理
图4UC3842组成的有用电路图
宽度变窄，到达稳压意图。
过流维护原理：当负载电流超越额定值或输出短路，引起开关管V4电流添加，R7上的电压反应至3脚，当R7上的电压大于1V时，经过内部电流扩大器使导通宽度变窄，输出电压下降，一起也使UC3842作业电压下降。当下降至整定电压以下时，过流维护电路作业，到达维护功率管的意图。短路现象消失后，电源主动康复正常作业。
过压维护：当因某种原因使输出电压过高时，稳压管V6导通，然后触发晶闸管V7导通，使输出端短路，可见过压维护是以过流维护的方式呈现的。
3．3实例
现举例做一台输入为DC28V，输出为5V/5A的电源来阐明由UC3842为操控芯片的电流操控型开关电源变压器的规划办法和首要%&&&&&%的挑选根据。
设定输入电压U1改动规模为18V～30V，输出为5V/5A，占空比δ=0.4,振动频率为f=70kHz,周期T=1/f=14.29μs，导通时刻Ton=δ×T=5.71μs,变压器功率η=95％，则变压器一次峰值电流 式中K为一次电流的峰值与最小值的比，K值增大，表明电流的峰值增大，然后添加开关元件的损耗；相反，假如K值小，虽然会减小元件上的功耗，但变压器会增大。所以输入电压最低、输出功率最大时K的最佳值为0.5～0.6。这儿取K=0.6。
设5V输出电流IO的过流设定点为IOmax的120％，Uf=0.5V为输出二极管的正向压降，Ul=0.3V为包括输出扼流圈在内的二次线圈的压降。
变压器一次电流峰值为 二次线圈对一次线圈的匝比n21为 一次线圈初级电感为 变压器选用EI28磁心，有用截面积SC=85mm2最大磁通密度Bm=0.2T
一次线圈的匝数为N1=N2/n21=14匝
UC3842的作业电压取12V，N3=(12/5.8)×7=14匝
开关管V4的漏源间的电压最高值UDS=（U2/n21）＋U1max=(5.8/0.484)＋30=42V
考虑一些尖峰电压的影响，开关管挑选耐压为200V、最大导通电流为10A的场效应管，如IRF250。
输出整流二极管的反向电压Udr=Uo＋U1max×n21=5＋30×0.484=19.52V
考虑一些尖峰电压的影响，二极管挑选耐压为45V、最大导通电流为10A的肖特基二极管，如SD51。
4结束语
由UC3842组成的电源，最大的长处是：电路简略，外围元件少，不需外加辅佐电源，过流维护功用强，在整个调试过程中，从未发生过功率管损坏的状况。并且电源功率电路的规划和以往电压操控型完全相同，因而，关于了解开关电源技能的人来说，从电压操控型转为电流操控型并非难事，而这样做之后，电源的功能能够上一个台阶。
