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基于升压芯片UC3842的开关电源之保护电路设计

2015-12-23 09:13 来源:电源网综合 编辑:柚子

在前两天的文章中,我们为大家分享了一种基于升压芯片UC3842的开关电源设计方案,并针对这一方案的主电路和运行原理,进行了全面的分析和介绍。在今天的方案分享中,我们将会就这一利用UC3842升压芯片的开关电源保护电路系统,进行详细分析,下面就让我们一起来看看吧。

利用升压芯片UC3842构成电流控制型开关电源
图1 利用升压芯片UC3842构成电流控制型开关电源

电流反馈电路设计

在这一利用升压芯片UC3842所设计的开关电源电流反馈电路设计中,图1是这一开关电源的主电路系统,其中,Q1源极串接取样电阻R15,把电流信号变为电压信号,送入UC3842内部的电流检测比较器同相端。当Q1导通、电流斜率上升时,取样电阻R15的电压增加。一旦R15的电压等于电流检测比较器反相端的电压,内部触发器复位,此时Q1截止,即实现了以电流控制6端口激励脉冲的占空比来稳定输出电压。C19用来抑制取样电流的尖脉冲。

电压反馈电路设计

在本方案中,我们所设计的电压反馈电路主要由可编程精密稳压器TL431和线性光电耦合器PC817组成。在这一电压反馈电路系统中,输出电压经R21、R22分压后得到取样电压,送到可编程精密稳压器TL431的参考端口,改变R21、R22的阻值,使TL431的稳压值变化,即可改变开关电源的输出电压。C21、R19对可编程精密稳压器TI431内部放大器进行相位补偿。

通过上述介绍可以看到,我们所设计的电流、电压反馈电路系统,主要通过改变光电耦合器U2的发光强度来改变UC3842反馈端电压以实现稳压。在该系统的保护下,当电源主电路的输出电压升高时,TL431两端的电压UKA保持不变,光电耦合器控制端电流增大,2端口反馈端电压值随之增大,升压芯片UC3842内部的电流检测比较器反相端的电压变低,输出端6端口的脉冲信号占空比变低,开关管的导通时间减少,输出电压降低。反之,如果主电源系统的输出电压下降时,此时升压芯片UC3842的输出脉冲占空比增大,输出电压增高,达到稳压目的。另一方面,7端口电源电压由D2整流、C18滤波产生,反映了输出电压的变化,起到反馈作用,使输出电压稳定。


除了上面所提到的稳压电路之外,我们所设计的这一利用升压芯片组成主电路系统的电流控制型开关电源中,还特别设置有前馈线调整功能。这一功能的特点在于,在负载不变时,输入电压突然增加,开关变压器的感应电流由于输入电压增加而迅速斜升,因反馈信号和误差信号尚未改变,限流作用发生比较快,故脉冲宽度变得比较窄。所以,市电的变化在影响输出之前己被补偿,即提高了对输入电压的响应速度。

a
(a)

b
(b)
图2 斜率补偿

斜率补偿设计思路

与电压控制型的开关电源相比,我们所设计的这一基于升压芯片UC3842所设计的电流控制型开关电源,其主系统工作在占空比大于50%或连续电感电流条件下,就会产生谐波振荡,这一问题是由固定频率和峰值电流取样同时工作所引起,上图中图2(a)显示了这种现象。可以看到,在图2(a)中,t0时刻Q1导通,电感电流以斜率m1上升,t1时刻,电流取样输入到达由控制电压建立的门限。这导致Q1截止,电流以斜率m2下降,直至下一个振荡周期。如果系统有一个扰动加到控制电压上,产生一个小的△I(即图中虚线所示部分),系统将不稳定。

因此,为了能使这一电流控制型开关电源的主电路系统能够在占空比大于50%或连续电感电流条件下仍能可靠工作,将4端口的锯齿波电压通过射极跟随器Q2送入3端口,我们选择在电流取样端上增加了一个与脉宽调制时钟同步的人为斜坡,可以在后续周期将△I扰动减小至零,如图2(b)所示。该补偿斜坡的斜率必须等于或略大于m2/2,系统才具有稳定性。

输出过压保护电路Ⅰ、Ⅱ设计

在本方案中,为了能够充分发挥升压芯片UC3842的优势,我们所设计的输出过压保护电路包括Ⅰ、Ⅱ两个部分。当输出电压较高,输出过压保护电路Ⅰ将会通过电压反馈电路使得2端口电压超过2.5V,内部触发器复位,外接Q1截止,达到输出过压保护的目的。而当输出电压升高,高于D9的击穿电压时,输出过压保护电路Ⅱ将会使稳压二极管D9击穿,可控硅SCR触发导通,使光电耦合器二极管的负端电压降为0V,光电耦合器饱和,2端口电压为最大值,Q1一直截止,达到输出过压保护的目的。

输出过流、过载保护电路设计

在这一利用升压芯片UC3842所设计的电流控制型开关电源主电路系统中,在电路过流、过载时,输出电压降低,Q3、D4、R8将会构成一个完整的次级过流、过载保护电路。当次级未过载时,Q3、D4截止;当次级过载时,Q3、D4导通,4端口电位下降,锯齿波振荡器停振,达到过流过载保护的目的。Q1过流保护电路。当电源电压异常时,开关回路的电流增大,取样电阻R15上的电压超过1V时,内部触发器复位,外接Q1截止,从而能够有效地保护Q1不受到损伤。

标签: 升压芯片 UC3842

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