一種開關電源保護電路的改進

UC3842是美國Unltmde公司加工的一種性能優良的電流控制型脈寬調制芯片，它具有管腳數量少，外圍電路簡單等特點，因而得到了廣泛的使用。但隨著UC3842開關頻率的提高，由它所構成的開關電源的保護電路也出現了很多問題。本文分解了UC3842保護電路的缺陷及改進的辦法。

1UC3842的典型使用

UC3842的典型使用電路如圖l所示。該電路緊要由橋式整流電路，高頻變壓器，MOS功率管以及電流型脈寬調制芯片UC3842構成。其工作原理為：220V的交流電經過橋式整流濾波電路后，得到約莫+300V的直流高壓，這一直流電壓被M0S功率管斬波并通過高頻變壓器降壓，變成頻率為幾十kHz的矩形波電壓，再經過輸出整流濾波，就得到了穩定的直流輸出電壓。其中高頻變壓器的自饋線圈N2中感應的電壓，經D2整流后所得到的直流電壓被反饋到UC3842內部的誤差放大器并和基準電壓比較得到誤差電壓Vr，同時在取樣電阻R11上建立的直流電壓也被反饋到UC3842電流測定比較器的同柑輸入端，這個測試電壓和誤差電壓

Vt相比較，出現脈沖寬度可調的驅動信號，用來控制開關功率管的導通和關斷時間，以決定高頻變壓器的通斷狀態，從而達到輸出穩壓的目的。圖l中，R5用來限制C8出現的充電峰值電流。考慮到Vi及Vref上的噪聲電壓也會影響輸出的脈沖寬度，因此，在UC3842的腳7和腳8上分別接有消噪電容C4和C2。R7是MOS功率管的柵極限流電阻。另外，在UC3842的輸入端與地之間，還有34V的穩壓管，一旦輸入端出現高壓，該穩壓管就被反向擊穿，將Vi鉗位于34V，保護芯片不致損壞。

2UC3842保護電路的缺陷

2.l過載保護的缺陷

當電源過載或輸出短路時，UC3842的保護電路動作，使輸出脈沖的占空比減小，輸出電壓降低，UC3842的供電電壓也跟著降低，當低到UC3842不能工作時，整個電路封閉，然后通過R6扦始下一次啟動過程。這種保護被稱為“打嗝”式（hiccup）保護。在這種保護狀態下，電源只工作幾個開關周期，然后進入很長時間（幾百ms到幾s）的啟動過程，因此，它的均勻功率很低。但是，由于變壓器存在漏感等原由，有的開關電源在每個開關周期都有很高的開關尖峰電壓，即使在占空比很小的情況下，輔助供電電壓也不能降到足夠低，所以不能實現理想的保護功能。

2.2過流保護的缺陷

UC3842的過流保護功能是通過腳3實現的。當腳3上測試的電壓高于lV時，就會使UC3842內部的比較器翻轉，將pWM鎖存器置零，使脈沖調制器處于封閉狀態，從而實現了電路的過流保護。由于測試電阻能感應出峰值電感電流，所以自然形成逐個脈沖限流電路，只要測試電阻上的電平達到lV，脈寬調制器立即封閉，因此這種峰值電感電流測試技術可以精確限制輸出的最大電流，使得開關電源中的磁性元件和功率器件不必設計較大的余量，就能保證穩壓電源的工作可靠。但是，通常我們采用的采樣電阻都是金屬膜或氧化膜電阻，這種電阻是有感的，當電流流過取樣電阻時，就會感生一定的感性電壓。這個電感分量在高頻時呈現的阻抗會很大，因此它將消耗很大的功率。隨著頻率的新增，流過取樣電阻的電流有可能在下一個振蕩周期到來之前還沒放完，取樣電阻承受的電流將越來越大，這樣將會引起UC3842的誤操作，甚至會引起炸機。因此，UC3842的這種過流保護功能有時難以起到很好的保護用途，存在著一定的缺陷。

2.3電路穩定性的缺陷

在圖l所示的電路中，當電源的占空比大于50％，或變壓器工作在繼續電流條件下時，整個電路就會出現分諧波振蕩，引起電源輸出的不穩定。圖2表示了變壓器中電感電流的變化過程。沒在t0時刻，開關開始導通，使電感電流以斜率m1上升，該斜率是輸入電壓除以電感的函數。t1時刻，電流取樣輸入達到由控制電壓建立的門限，這導致開關斷開，電流以斜率m2衰減，直至下一個振蕩周期。倘若此時有一個擾動加到控制電壓上，那么它將出現一個△I，這樣我們就會發現電路存在著不穩定的情況，即在一個固定的振蕩器周期內，電流衰減時閘減少，最小電流開關接通時刻t2上升了△I+△Im2/m1，最小電流在下一個周期t3減小到（△I+△Im2/m4）（m2/m1），在每一個后續周期，該擾動m2／m1被相乘，在開關接通時交替新增和減小電感電流，也許要幾個振蕩器周期才能使電感電流為零，使過程重新開始，倘若m2／m1大于l，將會不穩定。因此，圖l所示的電路在某狀態下存在著一定的失穩隱患。

3保護電路的改進

針對上述分解，改進電路如圖3所示，該電路具有以下特點。

1）通過在UC3842的采樣電壓處接入一個射極跟隨器，從而在控制電壓上新增了一個與脈寬調制時鐘同步的人為斜坡，它可以在后續的周期內將△I擾動減小到零。因此，即使系統工作在占空比大于50％或繼續的電感電流條件下，系統也不會出現不穩定的情況。不過該補償斜坡的斜率非得等于或略大于m2／2，系統才能具有真正的穩定性。

2）取樣電阻改用無感電阻。無感電阻是一種雙線并繞的繞線電阻，其精度高且容易做到大功率。采用無感電阻后，其阻抗不會隨著頻率的新增而新增。這樣，即使在高頻情況下取樣電阻所消耗的功率也不會超過它的標稱功率，因此也就不會出現炸機現象。

3）反饋電路改用TL43l加光耦來控制。我們都知道放大器用作信號傳輸時都要傳輸時間，并不是輸出與輸入同時建立。倘若把反饋信號接到UC3842的電壓反饋端，則反饋信號需繼續通過兩個高增益誤差放大器，傳輸時間上升。由于TL431本身就是一個高增益的誤差放大器，因此，在圖3中筆直采用腳1做反饋，從UC3842的腳8（基準電壓腳）拉了一個電阻到腳l，腳2通過R18接地。這樣做的好處是，跳過了UC3842的內部放大器，從而把反饋信號的傳輸時間縮短了一半，使電源的動態應和變快。另外，筆直控制UC3842的腳l還可簡化系統的頻率補償以及輸出功率小等問題。

4試驗結果

圖4給出了UC3842測試電阻的電壓波形和采樣信號波形。從圖4中可以看出，經過改進后的電路，其采樣信號的波形緊緊跟隨測試電阻的電壓波形，沒有出現非常大的尖峰電壓。因此，該電路能有效戒備因變壓器漏感等異常干擾引起的電源誤操作的問題，也能有效戒備因電源占空比過大而引起的系統不穩定的問題。

5結語

UC3842是一種性能優良的電流控制型脈寬調制器，但在實際的使用過程中，它的保護電路存在著一定的缺陷，因此，在電源的設計過程中，非得對其保護電路進行改進。試驗證明，經過改進后的保護電路使系統性能更加穩定可靠。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除