UC1901简化开关电源的隔离反馈问题.docVIP

UC1901简化开关电源隔离反馈问题 1、介绍 UC1901简化了隔离和原边控制型开关电源闭环反馈设计的任务，它集成了精密参考、误差放大器和完整的调制模块。使用它的调制输出模块可以将环路的误差信号利用不算新变压器隔离技术来穿越隔离线从而提供了稳定和重复的闭环特性。而且UC1901所产生的载波频率最高到5MHz，这样可以有效的减小隔离变压器的尺寸和成本。它自身所具有的副边参考，可以为反馈信号提供了高精度的耦合通路，从而使具有隔离线的电源获得可靠的输出精度、稳定度及瞬态特性。从而保持了非离线性原边控制电源的优点。无论简单或是复杂的系统的闭环反馈都要求所有非常清析环路因素的特性，而且要求每种因素的最坏情况，这些变动必须被考虑进环路的稳定性、动态相应特性和静态工作点。如果环路中因制作原因而引入了一个不可预测的参数，将影响整个设计，因此这些在设计中都必须十分小心考虑。控制环路的瞬态响应，例如，由于因参数变化而使补偿的余度不足等，只有仔细地考虑，才能将保证环路的稳定性。 为了获得高等级的负载和线性稳定度，电源的输出电压的采样必须并和一个精密的参考电压进行比较，所得误差电压必须被放大并反馈到电源的控制中，从而使得误差电压被校正。在一个隔离电源中，在原边或副边的控制电路的周期执行，如图1所示， 这种类型的电源的反馈信号必须穿越隔离线，而耦合误差信号的器件要求能够抵抗隔离电势并能够不失真地传递环路误差信号。虽然光耦器件存在一些显著的缺点，但仍旧被广泛的使用来完成此功能，最主要的原因是其具有耦合DC信号的能力。但是光耦只能提供非常低的初始容差和稳定度，通过其的增益，即电流传输比（CTR），线性区非常窄并会随时间和温度的变化而改变。可是这种变化将直接影响系统整个环路的增益，使整个环路的分析更加困难，也导致设计的难度的增加。另外，当要求一个额外的环路响应时，光耦限制带宽特性却阻止了它的使用。 当可靠性设计作为电源设计一个重要特性时，在离线式电源的设计中原边控制的好处是非常具有吸引力的。离线式电源设计框图（如图1），即把控制功能和功率器件放在隔离线的同一侧。这样不仅仅简化控制和功率开关的接口设计，而且使功率开关的保护更加容易。对功率开关的电流和电压的采样能有效避免其失效从而提高了电源整体的性能。这种原边控制构架已经被新的控制器产生而得以加强。此控制器（UC1840）集成了低电流启动、高速逐脉冲电流限制和电压前馈的特色。低电流启动减轻负载侧控制器的功耗问题，而快速的电流限制和电压前馈的使得电源的性能更增强输入电压和功率开关在一边原边控制型电源的优点。 UC1901上集成（隔离传递误差信号的）所有必要的功能：产生调幅（AM）的反馈信号，这是首款此类的芯片。总之，在多种模式的使用中UC1901能够充分利用它的优点。意识到，随着功率转换技术的持续发展，UC1901是专门设计用于高可靠性、高性能的应用场合，它简化了它们的设计。 2、UC1901的功能 通过一个成熟的典型应用能够更好的理解UC1901的工作。在图2中，UC1901被应用一个隔离开关电源的闭环反馈系统中。任何具有反馈的系统，都渴望得到系统的输出与系统的参考之间有最小的误差。利用UC1901擅长副边、或者输出边能力，即在输出电压通过分压后与片上的1.5V的参考电压比较后在利用其高增益的误差放大器。在这种方式下，在负载下的输出端的DC误差被保持到最小甚至出现在电源环路显著的非线性或偏置的出现时仍会保持。既然UC1901上的1.5V输出具有精密和自动补偿的参考，因此具有良好微调电阻的要求是没有必要的。 为了使得UC1901与5V输出的电源相兼容，其设计为在输入电压为4.5V时开始工作。这点满足于5VTTL电路直接供电的要求，仅仅只有5mA额定负载电流的特性满足在40V输入电压时仍然具有很小的功耗的要求。 在UC1901被放大的误差信号补偿输出被内部反向然后送到调制器去，其他输入调制器的是来自振荡器的载波信号。调制器把两种信号合成为一种幅值与误差放大信号幅值成比例的并与振荡器频率相等的方波信号。此反馈信号被缓冲后送到耦合变压器上。使用内部的振荡器，载波的频率可以到MHZ。运行在高频的条件，能够减小耦合变压器的尺寸和成本。耦合变压器的副边绕组驱动二极管和电容的峰值检波器，利用一个简单的电阻负载去释放保持电容的电荷，一个有效幅值的解调器就形成了。来自误差放大器的输入小信号电压增益到检测器的输出组成一个反馈网络的功能（误差放大器、调制增益、耦合变压匝比和解调模块的损失）。 在图2中，检测器的输出与反馈电压的关系是反向的，这对保证电源的启动是非常必要的。既然UC1901，如图所示，是由负载输出电压供电的，那么最初的到PWM控制器的反馈信号总是为零。DC信号180度相移是很容易通过反向来自误差放大器信号获得，而在大部