UC3842原理及應用

1、uc3842的工作原理及3842在開關電源中的應用電流控制型脈寬調(diào)制器uc3842工作原理及應用uc3842是美國unitrode公司(該公司現(xiàn)已被ti公司收購)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，可直接驅(qū)動雙極型晶體管、mosfe橋口 igbt等功率試簡便、性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點，廣泛應用于計算機、顯示器等系統(tǒng)電路中作開關電源驅(qū)動器件。1 uc3842 內(nèi)部工作原理簡介圖 1 示出了 uc3842 內(nèi)部框圖和引腳圖， uc3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個引腳，各腳功能如下：腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；腳是反饋電

2、壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5v基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；腳為電流檢測輸入端， 當檢測電壓超過 1v 時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；腳為定時端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=1.8/(r txct);腳為公共地端；腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為 50ns驅(qū)動能力為 1a ;腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mw腳為 5v 基準電壓輸出端，有50ma 的負載能力。圖1 uc3842內(nèi)部原理框圖2 uc3842組成的開關電源電路圖2是由uc3842構成的開關電源電路，220v市電由c、li濾

3、除電磁干擾，負溫度系數(shù)的熱敏電阻r限流，再經(jīng)vc整流、c2濾波，電阻r、電位器rr降壓后加到電路啟動后變壓器的付繞組的整流濾波電壓一方面為uc3842提供正常工作電壓，另一方面經(jīng) r、r分壓加到誤差放大器的反相輸入端腳，為uc3842提供負反饋4此穩(wěn)定輸出電壓。腳和腳外接的r、q決定了振蕩頻率，其振蕩頻率的最大值可達500khz。r、g用于改善增益和頻率特性。腳輸出的方波信號經(jīng)b、r分壓后況付邊各繞組，經(jīng)整流濾波后輸出各數(shù)值不同的直流電壓供負載使用。電阻rio用于電流檢測，經(jīng) r、c9濾濾后送入uc3842的腳形成電流反饋環(huán).所以由uc3842構成白，的腳電壓高于1v時振蕩器停振，保護功率管不

4、至于過流而損壞。3電路的調(diào)試圖2 uc3842構成的開關電源此電路的調(diào)試需要注意：一是調(diào)節(jié)電位器rp使電路起振，起振電流在 1ma右；二是起振后變壓器繞組提供的直流電壓應能使電路正常工作，此電壓的范圍大約為以確定其反饋量的大??；四是根據(jù)保護要求來確定檢測電阻r10的大小，通常 rio是2w 1q以下的電阻。電流控制型脈寬調(diào)制器 uc3842在開關電源中的應用開關穩(wěn)壓電源被譽為“新型高效節(jié)能電源”，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。由于內(nèi)部器件工作在高頻開關狀態(tài)，因此本身消耗的能量極低，電源效率可以達到80%m源技術的飛速發(fā)展，開關穩(wěn)壓電源正朝著小型化、高頻化、集成化的方向發(fā)展，高效率的開關穩(wěn)壓電源已

5、得到越來越廣泛的應用。本文首先概述開關穩(wěn)壓電源的基本工作 述了 uc3842在開關穩(wěn)壓電源中的應用，并以一個實際應用實例分析了電源電路的構成和參數(shù)計算。開關電源的基本工作原理相對于線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點，開關電源的效率可達90%a上，而且造價低、體積小。開關電源的工作原理如圖1所示，它由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波在圖1中，三角波發(fā)生器的輸出波形加到比較器的反相端，其同相端接比較放大器的輸出vf。當三角波的幅度小于比較器的同相輸入時，比較器輸出高電平，對應調(diào)整管的同相輸入時，對應調(diào)整管的截至時間為 toff。為了穩(wěn)定電壓輸出，按電壓負反饋方式引入反饋，以確定基準源和比較放大器之間的聯(lián)系

6、。假設輸出電壓增加，則fv。形中toff增加，從而使調(diào)整管的導通時間減小，輸出電壓下降，起到穩(wěn)壓的作用。如果忽略電感的直流電阻，那么輸出電壓v。為調(diào)整管發(fā)射極電壓 ve的平均分量，于其中，q為占空比。在輸入電壓一定的時候，輸出電壓與占空比正比，通過改變比較器輸出波形的占空比就可以控制輸出電壓的幅值。圖1開關電源的工作原理uc3842的工作原理uc3842是美國unitorde公司生產(chǎn)的一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片。該調(diào)制器單端輸出，能直接驅(qū)動雙極型的功率管或場效應管。其主要優(yōu)點是管腳數(shù)量少,500khz,啟動電流小于1ma正常工作電流為 5ma并可利用高頻變壓器實現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。該芯片

7、集成了振蕩器、具有溫度補償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測比較器 鎖存器電路。其內(nèi)部結構及基本外圍電路如圖2所示。uwi力圖2 uc3842的內(nèi)部結構及基本外圍電路uc3842是8腳的雙列直插的封裝形式。如圖2所示:第1腳為補償腳，內(nèi)部誤差放大器的輸出端，外接阻容元件以確定誤差放大器的增益和頻響。第 2 腳是反饋腳，將采樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，控制脈沖的寬度。第 3 腳為電流傳感端，在功率管的源極串接一個小阻值的采樣電阻，構成過流保護電路。當電源電壓異常時，功率管的電流增大，當采樣電阻上的電壓超過1v 時， uc3第 4 腳為鋸齒振蕩器外部

8、定時電阻r 與定時電容c 的公共端。第 5 腳為地。第 6 腳為圖騰柱式輸出電壓，當上面的三極管截止的時候下面的三極管導通，為功率管關斷時提供了低阻抗的反向抽取電流回路，加速了功率管的關斷。第7腳為輸入電壓，開關電源啟動的時候需要在該引腳加一個不低于16v的電壓，芯片工作后，輸入電壓可以在1030v之間波動，低于10v時停止工作。第 8 腳為內(nèi)部 5.0v 的基準電壓輸出，電流可達50ma。電路上電時，外接的啟動電路通過引腳 7 提供芯片需要的啟動電壓。在啟動電源的作用下，芯片開始工作，脈沖寬度調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng) 6 腳輸出驅(qū)動外接的開關低壓直流信號反饋到 3 腳，維護系統(tǒng)的正常工作。電

9、路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號經(jīng) 2 腳送到內(nèi)部的誤差比較放大器，與內(nèi)部的基準電壓進行比較，產(chǎn)生從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。如果輸出電壓由于某種原因變高，則 2 腳的取樣電壓也變高，脈寬調(diào)制電路會使輸出脈沖的寬度變窄，則開關功率管的導通時間變短，輸振蕩電路產(chǎn)生周期性的鋸齒波，其周期取決于4腳外接的rc網(wǎng)絡。所產(chǎn)生的鋸齒波送到脈沖寬度調(diào)制器，作為其工作周期，脈寬調(diào)制器輸出的脈沖周期不變，而脈沖寬實際應用電路圖3開關穩(wěn)壓電源系統(tǒng)總體框圖根據(jù)uc3842的特點，設計一個 3036v可調(diào)的開關型穩(wěn)壓電源，其總體結構框圖如圖3所示。交流輸入后通過整流濾波得到直流電壓，經(jīng)過lm317后獲得16.

10、5v的直流電壓，作為 uc3842芯片的啟動電壓。芯片啟動后通過脈寬調(diào)制控制功率管的開關從而實現(xiàn)穩(wěn)壓率管要求滿足一定的耐壓值和足夠大的額定電流。這里可以選用irf540,其耐壓值高達100v,額定電流可以達到 33a。高頻變壓器的升壓系數(shù)為1.2 ,采用雙橋間距為0變壓器出來的脈動直流電壓，先通過二極管整理，再通過 3個50v/3300科f的電解電容，和由一個 33 dh電感和2個104的電容構成口型濾波器進行濾波后輸出。其 uc圖4 uc3842的核心電路圖如圖4所示，uc3842的工作頻率由4腳和8腳間的rt和ct決定的。理論上，其內(nèi)部的振蕩頻率最高可達500khz。在本系統(tǒng)中 rt和ct

11、分別選用了 10kq和0.045科f,可以計算得其工作頻率約為40khz,符合開關電源的要求。在uc3842的2腳處接上一個10k 的電位器，通過調(diào)節(jié)電位器的阻值改變反饋電壓，使脈寬的占空比發(fā)生變化結語利用uc3842設計的電流制型脈寬調(diào)制開關穩(wěn)壓電源，克服了電壓控制型脈寬調(diào)制開關穩(wěn)壓電源頻響慢、電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率低的缺點，電路結構簡單，成本低、體利具有很大的發(fā)展前景。uc3842是美國unltmde公司生產(chǎn)的一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片，它具有管腳數(shù)量少，外圍電路簡單等特點，因而得到了廣泛的應用。但隨著uc3842開關頻率的提高，由它所構成的開關電源的保護電路也出現(xiàn)了很多問題。本

12、文分析了uc3842保護電路的缺陷及改進的方法。1uc3842的典型應用uc3842的典型應用電路如圖l所示。該電路主要由橋式整流電路，高頻變壓器，mo砌率管以及電流型脈寬調(diào)制芯片uc3842構成。其工作原理為：220v的交流電經(jīng)過橋式整流濾波電路后，得到大約+300v的直流高壓，這一直流電壓被m0s功率管斬波并通過高頻變壓器降壓，變成頻率為幾十khz的矩形波電壓，再經(jīng)過輸出整流濾波，就得到了穩(wěn)定的直流輸出電壓。其中高頻變壓器的自饋線圈n2中感應的電壓，經(jīng) d2整流后所得到的直流電壓被反饋到uc3842內(nèi)部的誤差放大器并和基準電壓比較得到誤差電壓vr,同時在取樣電阻r11上建立的直流電壓也被反

13、饋到uc3842電流測定比較器的同柑輸入端，這個檢測電壓和誤差電壓vt相比較，產(chǎn)生脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動信號，用l中，r5用來限制c8產(chǎn)生的充電峰值電流?？紤]到來控制開關功率管的導通和關斷時間，以決定高頻變壓器的通斷狀態(tài)，從而達到輸出穩(wěn)壓的目的。圖vi及vref上的噪聲電壓也會影響輸出的脈沖寬度，因此，在uc3842的腳7和腳8上分別接有消噪電容 c4和c2。r7是mo創(chuàng)率管的柵極限流電阻。另vi鉗位于34v,保護芯片不致?lián)p壞。外，在uc3842的輸入端與地之間，還有 34v的穩(wěn)壓管，一旦輸入端出現(xiàn)高壓，該穩(wěn)壓管就被反向擊穿，將2uc3842保護電路的缺陷2.1過載保護的缺陷圖1uc3242典型應

14、用電路當電源過載或輸出短路時，uc3842的保護電路動作，使輸出脈沖的占空比減小，輸出電壓降低,uc3842的供電電壓也跟著降低，當?shù)偷絬c3842不能工作時，整個電路關閉，然后通過r6桿始下一次啟動過程。這種彳護被稱為“打嗝”式 (hiccup)保護。在這種保護狀態(tài)下，電源只工作幾個開關周期，然后進入很長時間(幾百ms到幾s)的啟動過程，因此，它的平均功率很低。但是，由于變壓器存在漏感等原因，有的開關電源在每個開關周期都有很高的開關尖峰電壓，即使在占空比很小的情況下，輔助供電電壓也不能降到足夠低，所以不能實現(xiàn)理想的保護功能。2.2 過流保護的缺陷uc3842的過流保護功能是通過腳 3實現(xiàn)的。

15、當腳3上檢測的電壓高于iv時，就會使uc3842內(nèi)部的比較器翻轉(zhuǎn)，將 pw雌存器置零，使脈沖調(diào)制器處于關閉狀態(tài)，從而實現(xiàn)了電路的過流保護。由于檢測電阻能感應出峰值電感電流，所以自然形成逐個脈沖限流電路，只要檢測電阻上的電平達到iv,脈寬調(diào)制器立即關閉，因此這種峰值電感電流檢測技術可以精確限制輸出的最大電流，使得開關電源中的磁性元件和功率器件不必設計較大的余量，就能保證穩(wěn)壓電源的工作可靠。但是，通常我們采用的采樣電阻都是金屬膜或氧化膜電阻，這種電阻是有感的，當電流流過取樣電阻時，就會感生一定的感性電壓。這個電感分量在高頻時呈現(xiàn)的阻抗會很大，因此它將消耗很大的功率。隨著頻率的增加，流過取樣電阻的電

16、流有可能在下一個振蕩周期到來之前還沒放完，取樣電阻承受的電流將越來越大，這樣將會引起uc3842的誤操作，甚至會引起炸機。因此，uc3842的這種過流保護功能有時難以起到很好的保護作用，存在著一定的缺陷。2.3 電路穩(wěn)定性的缺陷在圖l所示的電路中，當電源的占空比大于50%,或變壓器工作在連續(xù)電流條件下時，整個電路就會產(chǎn)生分諧波振蕩，引起電源輸出的不穩(wěn)定。圖2表示了變壓器中電感電流的變化過程。沒在t0時刻，開關開始導通，使電感電流以斜率ml上升，該斜率是輸入電壓除以電感的函數(shù)。t1時刻，電流取樣輸入達到由控制電壓建立的門限，這導致開關斷開，電流以斜率m2衰減，直至下一個振蕩周期。如果此時有一個擾

17、動加到控制電壓上，那么它將產(chǎn)生一個 i ,這樣我們就會發(fā)現(xiàn)電路存在著不穩(wěn)定的情況，即在一個固定的振蕩器周期內(nèi)，電流衰減時閘減少，最小電流開關接通時刻t2上升了 i+ aim2/m1,最小電流在下一個周期t3減小到(4i+im2/m4)(m2/m1),在每一個后續(xù)周期，該擾動m2/ ml被相乘，在開關接通時交替增加和減小電感電流，也許需要幾個振蕩器周期才能使電感電流為零，使過程重新開始，如果mml大于l ,變換器將會不穩(wěn)定。因此，圖 l所示的電路在某狀態(tài)下%在著一定的失穩(wěn)隱患。捽制電壓一圖2 電感電流波形圖3保護電路的改進針對上述分析，改進電路如圖3所示，該電路具有以下特點。1）通過在uc384

18、2的采樣電壓處接入一個射極跟隨器，從而在控制電壓上增加了一個與脈寬調(diào)制時鐘同步的人為斜坡，它可以在后續(xù)的周期內(nèi)將 i擾動減小到零。因此，即使系統(tǒng)工作在占空比大于50%或連續(xù)的電感電流條件下，系統(tǒng)也不會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。不過該補償斜坡的斜率必須等于或略大于m2/2,系統(tǒng)才能具有真正的穩(wěn)定性。2）取樣電阻改用無感電阻。無感電阻是一種雙線并繞的繞線電阻，其精度高且容易做到大功率。采用無感電阻后，其阻抗不會隨著頻率的增加而增加。這樣，即使在高頻情況下取樣電阻所消耗的功率也不會超過它的標稱功率，因此也就不會出現(xiàn)炸機現(xiàn)象。3）反饋電路改用tl431加光耦來控制。我們都知道放大器用作信號傳輸時都需要傳輸時間

19、，并不是輸出與輸入同時建立。如果把反饋信號接到uc3842的電壓反饋端，則反饋信號需連續(xù)通過兩個高增益誤差放大器，傳輸時間增長。由于tl431本身就是一個高增益的誤差放大器，因此，在圖 3中直接采用腳1做反饋，從uc3842的腳8（基準電壓腳）拉了一個電阻到腳l ,腳2通過r18接地。這樣做的好處是，跳過了uc3842的內(nèi)部放大器，從而把反饋信號的傳輸時間縮短了一半，使電源的動態(tài)響應變快。另外，直接控制uc3842的腳l還可簡化系統(tǒng)的頻率補償以及輸出功率小等問題。4實驗結果二二0vvcomptl43i r1ct cind uc3842|圖3 改進的uc3842應用電珞圖4給出了 uc3842檢測電阻的電壓波形和采樣信號波形。從圖4中可以看出，經(jīng)過改進后的電路，其