??? 摘? 要：電流控制" title="電流控制">電流控制型脈寬調制芯片UC3842已廣泛應用于反激式開關電源" title="開關電源">開關電源的設計中，通過一實例給出反激式開關電源控制環路的一般設計方法。
??? 關鍵詞：UC3842?開關電源?控制環路
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??? 在開關電源的設計過程中，控制環路設計的優劣直接關系到系統的穩定與否，因此設計一個優良的控制環路，對開發一個開關電源系統" title="電源系統">電源系統是至關重要的。開關電源的控制方式" title="控制方式">控制方式有電流控制方式和電壓控制方式兩種。電源系統的傳遞函數隨控制方式的不同而有很大差異,因此在環路設計分析時,應獨立分開。本文對基于UC3842構建的開關電源的控制環路進行設計分析，論述開關電源電流型控制環路設計的一般方法。
1 UC3842簡述
??? UC3842是美國Unltmde公司生產的一種性能優良的電流控制型脈寬調制芯片，其內部結構及基本外圍電路如圖1 所示,它集成了振蕩器、具有溫度補償的高增益誤差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準欠電壓鎖定電路及PWM 鎖存器電路。
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??? 其應用實例如圖2所示，輸入為85V～265V交流，輸出為12V/5A，初級電感量為370?滋H，初級匝數為40T，次級匝數為5T，開關頻率為100kHz。啟動電路由R105和C103構成,C103經過R105充電到16V時,UC3842有輸出信號,使MOS管Q1導通,能量存貯在變壓器T1中,T1的一次測電流通過電阻R5檢測并與UC3842內部提供的1V基準電壓進行比較,當達到這一電平時,開關管Q1關斷,所有變壓器的繞組極性反向,輸出整流二極管正向偏置,存儲于T1中的能量傳輸到輸出電容器中。啟動結束后,輸出電壓信號經光耦回送到誤差放大器的反向端(腳2)與UC3842內部的25V基準電壓作比較來調整驅動脈沖寬度,從而改變輸出電壓以實現對輸出電壓的控制。
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2 控制環路的設計
??? 通常，主電路是根據應用要求設計的，設計時一般不會提前考慮控制環路的設計。在這里，假設主功率部分已經全部設計完成，主要介紹環路設計。環路設計一般方法為：
??? (1) 畫出已知部分的頻響曲線。
??? (2) 根據實際要求和各限制條件確定帶寬頻率，即增益曲線的0dB頻率。
??? (3) 根據帶寬頻率決定補償放大器的類型和各頻率點。使帶寬處的曲線斜率為20dB/decade,畫出整個電路的頻響曲線。
??? 圖3是反激電流方式控制環路圖，其開環傳遞函數為K=(Kmod×Kpwr×KLC×Kfb)×Kea=K1×Kea，Kpwr是功率部分，KLC是輸出LC濾波部分，Kfb是反饋分壓部分，Kea是反饋補償部分和光耦部分，Kmod是調制器部分。
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??? 環路要穩定，必須的條件是環路增益" title="環路增益">環路增益為1(0dB)，整個環路的相移小于360°。如果相移接近360°，會產生兩個問題：(1)相移可能因為溫度、負載及分布參數的變化而達到360°產生振蕩；(2)接近360°，電源的階躍響應（瞬時加減載）表現為強烈振蕩，使輸出達到穩定的時間加長，超調量增加。所以環路要留一定的相位裕量，當品質因數Q=1時輸出是最好的，所以相位裕量的最佳值為52°左右，在設計過程中一般取45°以上。
??? 根據圖3可知，除補償放大器增益Kea外，圖2所示電源系統的環路增益函數為：
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??? 式中，D=NV0/（Vin+NV0),C為輸出電容，R0為負載電阻，N為匝數比，Lp為初級電感，Rsense為電流檢測電阻。
??? 為了避免引起過多的相移，一般取增益帶寬為其工作頻率的1/4～1/5。據此，可以計算出環路的增益。一般情況下，環路增益G(s)在0dB時的頻率與預期設定的增益帶寬是有差異的，這就需要對其進行補償。常用的電流控制補償方法有主極點補償、極零點補償、雙極點零點補償，這要根據實際情況確定使用何種補償方法。圖4為補償放大部分。圖中C201、C202、R202構成補償網絡。可分以下兩種情況進行補償設計。
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??? (1) 輸出電容ESR較大
??? 輸出濾波電容的內阻比較大，自身阻容形成的零點比較低，這樣在帶寬處的相位滯后比較小。以圖2所示電源系統為例，輸出濾波電容為1000μF/16V，ESR=130mΩ時，其環路增益波特圖如圖5所示，設帶寬為8kHz，從圖中可以看出8kHz處增益曲線為水平，所以可以直接用單極點補償，這樣可滿足-20dB/decade的曲線形狀。省掉補償部分的R202、C202。
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??? 補償后在8kHz處環路增益為0dB。圖6(a)為其結果仿真圖。
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??? (2) 輸出電容ESR較小
??? 輸出濾波電容為1000μF/16V，ESR=30mΩ時，由于輸出濾波電容的內阻比較小，自身阻容形成的零點就比較高，這樣在帶寬處的相位滯后比較大。如果還用單極點補償，則帶寬處相位裕量就會偏小。可采用雙極點零點補償來提升。三個點的選取，第一個極點在原點，零點一般取在帶寬的1/5左右，這樣在帶寬處提升相位78°左右，此零點越低，相位提升越明顯，但太低了就會降低低頻增益，使輸出調整率降低。第二個極點的選取一般用來抵消ESR零點或RHZ零點引起的增益升高，保證增益裕度。在這里用它來抵消ESR零點，使帶寬處保持-20dB/ decade 的曲線形狀。在此例中，兩個補償極點的位置分別取f1=0Hz, f2=1.6kHz，零點為f0=5.1kHz。圖6(b)為其結果仿真圖。
???? 采用UC3842設計的電流控制型開關電源，相對于電壓控制模式，具有更好的電源調整率、更簡單的零極點補償電路。實驗證明，將控制論與反饋環路的設計結合起來，通過設計合適的相位裕量來保證開關電源穩定性，具有較好的通用性，而且在實際應用中也取得了很好的效果。
參考文獻
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