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，其優點是：只有電壓環，單環控制容易設計和分析；波形振幅坡度大，因而噪聲小，工作穩定；多模塊輸出時，低阻抗輸出能提供很好的交互控制。缺點是：電網或負載的擾動必須轉化為輸出擾動，才能被電壓環反饋，因此系統響應慢；輸出LC濾波電路給系統增加了兩個極點，這就需要在補償網絡增加零點或者需要一個低轉折頻率的主極點；環路增益隨輸入電壓而變化，因而補償網絡設計較復雜。

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；電源模塊并聯時均流容易實現。

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，控制回路不穩定，這時需加斜坡補償；控制調節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“死區時間”，“死區時間”由晶振的下降沿決定，UC3846的死區時間為：

Td=145Ct

UC3846的軟啟動和關斷信號也是連到限流調節端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流二極管將高頻變壓器原邊中存儲的能量釋放回電網。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可以看出電流環的給定是電壓環的輸出，所以輸出電壓調節和輸出電流調節都是通過調節UC3846的電壓給定來完成的。第1腳限流調節端設定在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，完成斜坡補償的功能。為了補償網絡的穩定工作，我們在第7腳補償端加了電阻電容串聯到地（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，從補償網絡設計、動態響應速度、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。