用UC3842設(shè)計開關(guān)電源

1、UC3842 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點UC3842 是美國 Unitrode 公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。 UC3842 為 8 腳雙列直插式封裝 , 其內(nèi)部原理框圖如圖 1 （UC3842 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖）所示。主要由 5. 0V 基準電壓源、 用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測定比較器、 PWM 鎖存器、高增益 E /A 誤差放大 器和適用于驅(qū)動功率 MOSFET 的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。 端 1 為 COMP 端 ; 端 2 為反饋端 ; 端 3 為電流測定端 ; 端 4 接 Rt 、 Ct 確定鋸齒波頻率 ; 端 5 接地 ; 端 6 為推挽輸出端 ,

2、 有拉、灌電流 的能力 ; 端 7 為集成塊工作電源電壓端 , 可以工作在 8 40V; 端 8 為內(nèi)部供外用的基準電壓 5V, 帶載能力 50mA 。電路結(jié)構(gòu)與工作原理圖 2 （開關(guān)電源原理圖）所示為筆者在實際工作中使用的電路圖。輸入電壓為 24V 直流電。三路直流輸 出 , 分別為 + 5V /4A, + 12V /0. 3A 和 - 12V /0. 3A 。所有的二極管都采用快速反應(yīng)二極管 , 核心 PWM 器件采用 UC3842 。開關(guān)管采用快速大功率場效應(yīng)管。啟動過程首先由電源通過啟動電阻 R1 提供電流給電容 C2 充電 , 當(dāng) C2 電壓達到 UC3842 的啟動電壓門檻值 16

3、V 時 ,UC3842 開始工作并提供驅(qū)動脈沖 , 由 6 端輸出推動開關(guān)管工作 , 輸出信號為高低電壓脈沖。 高電壓脈沖期間 , 場效應(yīng)管導(dǎo)通 , 電流通過變壓器原邊 , 同時把能量儲存在變壓器中。根據(jù)同名端標識 情況 , 此時變壓器各路副邊沒有能量輸出。當(dāng) 6 腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時 , 場效應(yīng)管截止 , 根據(jù)楞次 定律 , 變壓器原邊為維持電流不變 , 產(chǎn)生下正上負的感生電動勢 , 此時副邊各路二極管導(dǎo)通 , 向外提供 能量。同時反饋線圈向 UC3842 供電。UC3842 內(nèi)部設(shè)有欠壓鎖定電路 , 其開啟和關(guān)閉閾值分別為 16V 和 10V, 如圖 3 所示。在開啟之 前 ,UC38

4、42 消耗的電流在 1mA 以內(nèi)。電源電壓接通之后 , 當(dāng) 7 端電壓升至 16V 時 UC3842 開始工 作 , 啟動正常工作后 , 它的消耗電流約為 15mA 。因為 UC3842 的啟動電流在 1mA 以內(nèi) , 設(shè)計時參照 這些參數(shù)選取 R1 , 所以在 R1 上的功耗很小。UC3842 起動時電流變化圖 當(dāng)然 , 若 VCC 端電壓較小時 , 在 R1 上的壓降很小 , 全部供電工作都可由 R1 降壓后來完成。但是 通常情況下 ,VCC 端電壓都比較大 , 這樣完全通過 R1 來提供正常工作電壓就會使 R1 自身功耗太大 , 對整個電源來說效率太低。一般來說 , 隨著 UC3842

5、的啟動 , R1 的工作也就基本結(jié)束 , 余下的任務(wù)交給 反饋繞組 , 由反饋繞組產(chǎn)生電壓來為 UC3842 供電。故 R1 的功率不必選得很大 , 1W 、 2W 就足夠了。筆者認為 , 雖然理論上 UC3842 啟動電流在 1mA 以內(nèi) , 但實際應(yīng)用時 , 按 1. 6 2. 0mA 設(shè)計則工作比較便利。即當(dāng) VCC 端電壓為 U 伏時圖 3 UC3842 啟動時電流變化圖用 UC3842 設(shè)計開關(guān)電源穩(wěn)壓過程 從圖 2 中可知 , 當(dāng)場效應(yīng)管導(dǎo)通時 , 整流電壓加在變壓器 T 初級繞組 Np 上的電能變成磁能儲存在變 壓器中 , 在場效應(yīng)管導(dǎo)通結(jié)束時 , Np 繞組中電流達到最大值 I

6、pmax , 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 :式中 : E 整流電壓 ; L p 變壓器初級繞組電感 ;Ton 場效應(yīng)管導(dǎo)通時間。在場效應(yīng)管關(guān)閉瞬間 , 變壓器次級繞組放電電流為最大值Ismax , 若忽略各種損耗應(yīng)為 :Ismax = nI pmax = n ( E /L p ) T on式中 : n 變壓器變比 , n = Np /N s , Np 、 Ns 為變壓器初、次級繞組匝數(shù)。高頻變壓器在場效應(yīng)管導(dǎo)通期間初級繞組儲存的能量與場效應(yīng)管關(guān)閉期間次級繞組釋放的能量相等 :n ( E /Lp ) Ton = (Uo /Ls ) Toff式中 : L s 變壓器次級繞組電感 ; Uo 輸出電壓 ;

7、Toff 場效應(yīng)管關(guān)閉時間。因為 Lp = n2Ls , 則 : ( E / nLs ) Ton = (Uo /Ls ) Toff , ETon= nUo ToffUo = ( Ton / nToff ) E (3)上式說明 , 輸出電壓 Uo 與 Ton 成正比 , 與匝比 n 及 Toff 成反比。比如 , 由于電源電壓變化或負載變 化而引起輸出電壓降低時 , 反饋線圈的輸出電壓則會變低 , 從而使 2 端電壓變低 , 則脈寬調(diào)制器會相 應(yīng)的增大輸出 PWM 波形的占空比 , 使大功率晶體管導(dǎo)通的時間變長 ; 反之 , 當(dāng)電源電壓變化或負載 變化而引起輸出電壓升高時 , 則脈寬調(diào)制器會相應(yīng)

8、的減小 PWM 輸出脈沖波形的占空比 , 使大功率晶體 管導(dǎo)通的時間變短 , 從而維持輸出電壓為一恒定值。UC3842 為固定工作頻率脈寬調(diào)制方式 , 輸出電壓或負載變化時僅調(diào)整占空比 , 控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通時 間。反饋電壓輸入 2 腳 , 此腳電壓與內(nèi)部 2. 5V 基準進行比較 , 產(chǎn)生控制電壓 , 從而控制脈沖寬度 ;輸出脈沖的頻率由 4 腳外接定時電阻 Rt 及定時電容 Ct 決定 , f= 的單位取 k , Ct 取 F 。 3 腳為電感電流傳感器端 , 當(dāng)取樣超過 1V 時 , 縮小導(dǎo)通脈寬 , 使電源處于間隙工作狀態(tài) ; 6 腳 , 輸出端 , 內(nèi)部為圖騰柱式 , 上升、下降時間

9、僅 50ns, 驅(qū)動能力為 1A; 7 腳 , 供電輸入 , 起振后工 作電壓為 10 13V, 低于 10V 停止工作 , 功耗為 15mW; 8 腳 , 內(nèi)部基準 5V (50mA) 。過流保護原理當(dāng)負載電流超過額定值或短路時 , 場效應(yīng)管電流增加 , R9 上的電壓反饋至 3 腳 ( 電壓大于 1V) , 通過 內(nèi)部電流放大器使導(dǎo)通寬度變窄 , 輸出電壓下降 , 直至使 UC3842 停止工作 , 沒有觸發(fā)脈沖輸出 , 使 場效應(yīng)管截止 , 達到保護功率管的目的。短路現(xiàn)象消失后 , 電源自動恢復(fù)正常工作。過壓保護原理當(dāng)因某種原因使輸出電壓過高時 , 由反饋繞組形成的電壓也高 , 從而使

10、2 腳的電壓過高 , 內(nèi)部保護電 路起動 , 使 6 腳輸出脈沖高電平時間變短 , 或不輸出高電平使開關(guān)管截止。開關(guān)管保護電路 由 D3 、 R10 、 C1 及 R11 、 C14 、 D4 構(gòu)成 , 消除由變壓器漏感產(chǎn)生的反峰電壓 , 從而使開關(guān)工 作電壓不至于太高而毀壞。設(shè)計中的注意事項起動電路的設(shè)計電路如圖 4（反饋繞組供電結(jié)構(gòu)圖） 所示 , 電容 C2 儲存的能量要能滿足電源開始正常工作的需要, 使得 UC3842 第 7 腳有穩(wěn)定、充足的輸入供給。即電容 C2 的放電時間要大于 UC3842 輸出脈沖的高電平 持續(xù)時間。否則 , 電源將出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。因此 , 電容 C2 的容量和質(zhì)

11、量的選取非常重要。筆者在實際設(shè)計 過程中 , C2 曾用 100 F鋁 電解電容 , 經(jīng)常發(fā)現(xiàn)電源打嗝 ; 測量反饋端電壓 , 總是太低 , 以至于反饋 端的整流二極管都沒有工作 , 說明反饋端電壓幅度不夠。 原因在于 C2 容量不夠 , 不能提供足夠的能量來 使 UC3842 充分工作 , 因此 , 容量最好在 100 F 以上。反饋繞組的設(shè)計當(dāng) UC3842 啟動后 , 若反饋繞組不能提供足夠的 UF , 電路就會不停地起動 , 出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。另外 , 根 據(jù)筆者的經(jīng)驗 , 若 UF 大于 17. 5V 時 , 也會引起 UC3842 工作異常 , 導(dǎo)致輸出脈沖占空比變小 , 輸 出電壓變低。故而反饋繞組匝數(shù)的選取及其纏繞是非常重要的 , 一般可按 13 15V 設(shè)計 , 使 UC3842 正常工作時 , 7 腳的電壓維持在 13V 左右。結(jié)束語UC3842 是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。假如由于某種原因使輸出電壓升