該應(yīng)用設(shè)計(jì)過(guò)程展示了如何在離線(xiàn)反激式轉(zhuǎn)換器中設(shè)置和使用 UC2842A 峰值電流模式控制器，該控制器通過(guò)通用輸入轉(zhuǎn)換為 12V、48W 的穩(wěn)壓輸出。

若要在連續(xù)模式反激式應(yīng)用中使用 UC2842A 峰值電流模式控制器進(jìn)行設(shè)置和設(shè)計(jì)，需要了解關(guān)于功率級(jí)的一些知識(shí)。首先，根據(jù)輸出功率級(jí)別 (P_OUT)、效率 (?)、最小輸入電壓 (V_IN(min))、線(xiàn)路頻率 (f_LINE) 和最小體電壓計(jì)算所需的輸入大容量電容 (C_IN)。對(duì)于此設(shè)計(jì)示例，讓 V_BULK(min) = 95V。

方程式 2.

方程式 3.

輸出電容 (C_OUT) 的容值旨在確保在大信號(hào)瞬態(tài)響應(yīng)期間，輸出電壓下降不超過(guò) 10%。在該設(shè)計(jì)中，此時(shí)的電壓環(huán)路交叉頻率 (f_C) 預(yù)計(jì)為 2.5kHz。

方程式 4.

該設(shè)計(jì)中所選的 C_OUT 為 2200μF 電容器，等效串聯(lián)電阻 (ESR) 為 45mΩ。

下一步，根據(jù)最小輸入電壓和輸出電壓來(lái)計(jì)算變壓器的最大初級(jí)與次級(jí)匝數(shù)比 (N_PS)。

方程式 5.

下一步，根據(jù) UC2842A 的輸出電壓和偏置電壓來(lái)計(jì)算變壓器的輔助與次級(jí)匝數(shù)比 (N_AS)。

方程式 6.

一旦確定了變壓器匝數(shù)比，就可以根據(jù)最小體電壓、占空比 (D)、反射輸出電流和效率，計(jì)算變壓器的最小初級(jí)磁化電感 (L_PM)。該設(shè)計(jì)中使用的變壓器的 L_PM 為 1.7mH，N_PS = 10，N_AS = 1，f_sw = 100kHz

方程式 7.

方程式 8.

選擇變壓器后，可以根據(jù)初級(jí)磁化電感紋波 (I_LPM) 和通過(guò)變壓器的反射輸出電流，計(jì)算變壓器的初級(jí)峰值電流 (I_LpPK)。

方程式 9.

方程式 10.

一旦計(jì)算出了初級(jí)峰值電流，就可以選擇電流檢測(cè)電阻器 (R_CS)。

方程式 11.

電阻器 R_S1 和 R_S2 用于設(shè)置該設(shè)計(jì)的斜率補(bǔ)償。電容器 C_S1 是直流阻斷電容器，上拉電阻 R_P 用于為電流檢測(cè)信號(hào)提供一定的失調(diào)電壓，以實(shí)現(xiàn)抗噪性。預(yù)選 R_P 和 R_S2 以向電流檢測(cè)信號(hào)添加 50mV 的直流失調(diào)電壓。

選擇 R_S1 以將斜率補(bǔ)償設(shè)置為反激式電感器的紋波電流下降斜率的一半。這可以通過(guò)計(jì)算次級(jí)磁化電感 (L_SM) 并對(duì) R_S1 進(jìn)行以下計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。R_S1 公式中的 1.7V 是振蕩器的峰-峰值紋波電壓幅值。

方程式 12.

其中

選擇電阻器 R_I 和 R_K 作為輸出基準(zhǔn)，并可通過(guò)預(yù)選 R_K 的值以及知曉的 TL431 基準(zhǔn)電壓 (V_TL431REF) 來(lái)計(jì)算電阻器值。為 R_K 選擇 2.49kΩ 后，計(jì)算 R_I 并為該電阻器選擇 9.53kΩ 的標(biāo)準(zhǔn)電阻器值。

方程式 13.

這種使用 UC2842A 控制器的設(shè)計(jì)具有一個(gè)有趣的控制環(huán)路，其中包含許多組件。G_OPTO(f) 是該設(shè)計(jì)中所用光隔離器的近似傳遞函數(shù)。光隔離器的極點(diǎn)頻率用 f_P 表示。該設(shè)計(jì)中所用光隔離器的電流傳輸比為 1，極點(diǎn)頻率約為 5kHz。有關(guān)組件放置和節(jié)點(diǎn)電壓，請(qǐng)參見(jiàn)圖 7-1。為了簡(jiǎn)化補(bǔ)償，電壓環(huán)路 (f_C) 的交叉點(diǎn)必須小于光隔離器極點(diǎn)。

方程式 14.

方程式 15.

方程式 16.

G_BC(f) 是從光隔離器輸出到 PWM 控制電壓 的傳遞函數(shù)估計(jì)值。

方程式 17.

占空比隨輸入的體電壓 (V_BULK) 而變化。正常運(yùn)行期間，V_BULK 的范圍為 95V 至 375V。這導(dǎo)致占空比在 24% 到 56% 之間變化。

方程式 18.

G_CO(f) 是控制電壓 (V_C) 對(duì)輸出傳遞函數(shù)的估計(jì)值，其中變量 Q 是品質(zhì)因數(shù)。

方程式 19.

品質(zhì)因數(shù) (Q) 由電壓中的初級(jí)磁化電感變化 (S_N) 定義為占空比的函數(shù)；以及增加的斜率補(bǔ)償 (S_E)。

方程式 20.

方程式 21.

方程式 22.

為驗(yàn)證電壓環(huán)路穩(wěn)定，交叉頻率必須比反激式轉(zhuǎn)換器右半平面零點(diǎn)頻率 (f_RHPZ) 的一半要小。在最小體電壓下的右半平面零點(diǎn)頻率約為 9.8kHz。對(duì)于本設(shè)計(jì)示例，電壓環(huán)路的目標(biāo)交叉頻率為 1kHz。實(shí)際 f_C 可能高于或低于目標(biāo)值。

方程式 23.

方程式 24.

G_CO(f) 的直流增益隨輸入的體電壓而變化。選擇電阻器 R_Z 以在輸入到轉(zhuǎn)換器的電壓為 V_BULK(min) 時(shí)交叉電壓環(huán)路，并在最大交叉頻率的 1/5 處進(jìn)行交叉。

方程式 25.

選擇電容器 C_Z，以在電壓環(huán)路交叉處增加 45° 的相位裕度。本設(shè)計(jì)示例使用了 6.8nF 電容器。

方程式 26.

選擇電容器 C_P 以衰減控制環(huán)路的高頻增益。

方程式 27.

G_C(f) 是 TL431 補(bǔ)償?shù)墓烙?jì)傳遞函數(shù)。

方程式 28.

T_V(f) 是系統(tǒng)閉環(huán)增益的估計(jì)理論傳遞函數(shù)。反饋環(huán)路響應(yīng)在實(shí)際電路中可能有所不同，可能必須使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行調(diào)整，以滿(mǎn)足實(shí)際電路的性能和可靠性需求。必須針對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的最壞情況變化對(duì)反饋環(huán)路響應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。

方程式 29.

對(duì)于本應(yīng)用示例，該設(shè)計(jì)技術(shù)在 1kHz 時(shí)生成了一個(gè)理論反饋環(huán)路 (T_V(f)) 交叉，在 95V 的最小輸入體電壓下具有大約 55° 的相位裕度。高壓線(xiàn)的理論電壓環(huán)路以 2.7kHz 的頻率進(jìn)行交叉，相位裕度為 72°。請(qǐng)參閱圖 7-2 和圖 7-3。必須使用網(wǎng)絡(luò)分析器評(píng)估 T_V(f)，并根據(jù)實(shí)際電路行為按需調(diào)整環(huán)路補(bǔ)償。還要進(jìn)行瞬態(tài)測(cè)試以驗(yàn)證器件保持穩(wěn)定。