UC3842的工作原理應(yīng)用

1、UC3842的工作原理及3842在開關(guān)電源中的應(yīng)用2008/11/20 02:55電流控制型脈寬調(diào)制器UC3842工作原理及應(yīng)用UC3842是美國(guó)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(dòng)雙極型晶體管、MOSFEF 和IGBT 等功率型半導(dǎo)體器件，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、顯示器等系統(tǒng)電路中作開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)器件。 1 UC3842 內(nèi)部工作原理簡(jiǎn)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(gè)引腳，各腳功能如下：

2、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；腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；腳為電流檢測(cè)輸入端， 當(dāng)檢測(cè)電壓超過1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8/(RTCT)；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(shí)間僅為50ns 驅(qū)動(dòng)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(zhǔn)電壓輸出端，有50mA 的負(fù)載能力。 圖1 UC3842 內(nèi)部原理框圖2 UC3842 組

3、成的開關(guān)電源電路 圖2 是由UC3842 構(gòu)成的開關(guān)電源電路，220V 市電由C1、L1 濾除電磁干擾，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt1 限流，再經(jīng)VC 整流、C2 濾波，電阻R1、電位器RP1 降壓后加到UC3842 的供電端（腳），為UC3842 提供啟動(dòng)電壓，電路啟動(dòng)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)R3、R4 分壓加到誤差放大器的反相輸入端腳，為UC3842 提供負(fù)反饋電壓，其規(guī)律是此腳電壓越高驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比越小，以此穩(wěn)定輸出電壓。腳和腳外接的R6、C8 決定了振蕩頻率，其振蕩頻率的最大值可達(dá)500KHz。R5、C6用于改善增益和頻率特性。腳輸

4、出的方波信號(hào)經(jīng)R7、R8 分壓后驅(qū)動(dòng)MOSFEF 功率管，變壓器原邊繞組的能量傳遞到付邊各繞組，經(jīng)整流濾波后輸出各數(shù)值不同的直流電壓供負(fù)載使用。電阻R10 用于電流檢測(cè)，經(jīng)R9、C9 濾濾后送入U(xiǎn)C3842 的腳形成電流反饋環(huán). 所以由UC3842 構(gòu)成的電源是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓穩(wěn)定度非常高，當(dāng)UC3842 的腳電壓高于1V 時(shí)振蕩器停振，保護(hù)功率管不至于過流而損壞。圖2 UC3842 構(gòu)成的開關(guān)電源3 電路的調(diào)試 此電路的調(diào)試需要注意：一是調(diào)節(jié)電位器RP1使電路起振，起振電流在1mA左右；二是起振后變壓器繞組提供的直流電壓應(yīng)能使電路正常工作，此電壓的范圍大約為1117V 之間；三是根據(jù)輸出

5、電壓的數(shù)值大小來改變R4，以確定其反饋量的大??；四是根據(jù)保護(hù)要求來確定檢測(cè)電阻R10 的大小，通常R10 是2W、1以下的電阻。電流控制型脈寬調(diào)制器UC3842在開關(guān)電源中的應(yīng)用開關(guān)穩(wěn)壓電源被譽(yù)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(guān)狀態(tài)，因此本身消耗的能量極低，電源效率可以達(dá)到80%以上，比串連調(diào)整線性穩(wěn)壓電源的效率提高近一倍。隨著電源技術(shù)的飛速發(fā)展，開關(guān)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(guān)穩(wěn)壓電源已得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文首先概述開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理，接著介紹電流型脈寬調(diào)制器UC3842芯片，著重論述了UC3842在開關(guān)

6、穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用，并以一個(gè)實(shí)際應(yīng)用實(shí)例分析了電源電路的構(gòu)成和參數(shù)計(jì)算。開關(guān)電源的基本工作原理相對(duì)于線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，開關(guān)電源的效率可達(dá)90%以上，而且造價(jià)低、體積小。開關(guān)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、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等構(gòu)成。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(dāng)三角波的幅度小于比較器的同相輸入時(shí)，比較器輸出高電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管導(dǎo)通的時(shí)間為ton。反之，當(dāng)三角波的幅度大于比較器的同相輸入時(shí)，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的截至?xí)r間為toff。為了穩(wěn)定電壓輸出，按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器之間的聯(lián)系

7、。假設(shè)輸出電壓增加，則FVo增加，比較放大器的輸出Vf減小，那么比較器的輸出波形中toff增加，從而使調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)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Vo為調(diào)整管發(fā)射極電壓Ve的平均分量，于是有：其中，q為占空比。在輸入電壓一定的時(shí)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(guān)電源的工作原理UC3842的工作原理UC3842是美國(guó)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(dòng)雙極型的功率管或場(chǎng)效應(yīng)管。其主要優(yōu)點(diǎn)是管腳數(shù)量少，外圍電路簡(jiǎn)單，電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%，

8、工作頻率高達(dá)500kHz，啟動(dòng)電流小于1mA，正常工作電流為5mA，并可利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。該芯片集成了振蕩器、具有溫度補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測(cè)比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路以及PWM鎖存器電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本外圍電路如圖2所示。圖2 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(bǔ)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(zhǔn)電壓進(jìn)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

9、接一個(gè)小阻值的采樣電阻，構(gòu)成過流保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓異常時(shí)，功率管的電流增大，當(dāng)采樣電阻上的電壓超過1V時(shí)，UC3842就停止輸出，有效地保護(hù)了功率管。第4腳為鋸齒振蕩器外部定時(shí)電阻R與定時(shí)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(dāng)上面的三極管截止的時(shí)候下面的三極管導(dǎo)通，為功率管關(guān)斷時(shí)提供了低阻抗的反向抽取電流回路，加速了功率管的關(guān)斷。第7腳為輸入電壓，開關(guān)電源啟動(dòng)的時(shí)候需要在該引腳加一個(gè)不低于16V的電壓，芯片工作后，輸入電壓可以在1030V之間波動(dòng)，低于10V時(shí)停止工作。第8腳為內(nèi)部5.0V的基準(zhǔn)電壓輸出，電流可達(dá)50mA。電路上電時(shí)，外接的啟動(dòng)電路通過引腳7提供芯片需要的啟

10、動(dòng)電壓。在啟動(dòng)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(hào)經(jīng)6腳輸出驅(qū)動(dòng)外接的開關(guān)功率管工作。功率管工作產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)取樣電路轉(zhuǎn)換為低壓直流信號(hào)反饋到3腳，維護(hù)系統(tǒng)的正常工作。電路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號(hào)經(jīng)2腳送到內(nèi)部的誤差比較放大器，與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差信號(hào)送到脈寬調(diào)制電路，完成脈沖寬度的調(diào)制，從而達(dá)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(huì)使輸出脈沖的寬度變窄，則開關(guān)功率管的導(dǎo)通時(shí)間變短，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩(wěn)定，反之亦然。鋸齒波振蕩電路產(chǎn)生周期性的鋸齒波，其周期取決于4腳外接的RC網(wǎng)絡(luò)。所產(chǎn)

11、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，而脈沖寬度則隨反饋電壓的大小而變化。實(shí)際應(yīng)用電路圖3 開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)總體框圖根據(jù)UC3842的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)3036V可調(diào)的開關(guān)型穩(wěn)壓電源，其總體結(jié)構(gòu)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16.5V的直流電壓，作為UC3842芯片的啟動(dòng)電壓。芯片啟動(dòng)后通過脈寬調(diào)制控制功率管的開關(guān)從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出?？刂齐娐返暮诵氖荱C3842，其后級(jí)的高速開關(guān)功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(dá)100V，額定電流可以達(dá)到33A。高頻變壓器的升壓系數(shù)為1.

12、2，采用雙橋間距為0.3mm的鐵氧鐵芯，由直徑0.65mm的銅絲繞制而成。高頻變壓器出來的脈動(dòng)直流電壓，先通過二極管整理，再通過3個(gè)50V/3300F的電解電容，和由一個(gè)33H電感和2個(gè)104的電容構(gòu)成型濾波器進(jìn)行濾波后輸出。其UC3842的核心電路如圖4所示。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(dá)500kHz。在本系統(tǒng)中RT和CT分別選用了10k和0.045F，根據(jù)公式：可以計(jì)算得其工作頻率約為40kHz，符合開關(guān)電源的要求。在UC3842的2腳處接上一個(gè)10k的電位器，通過調(diào)節(jié)電位器的阻值改變反饋電

13、壓，使脈寬的占空比發(fā)生變化，從而可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓3036V的連續(xù)可調(diào)變化。結(jié)語利用UC3842設(shè)計(jì)的電流制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源，克服了電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源頻響慢、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率低的缺點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、體積小、易實(shí)現(xiàn)。該穩(wěn)壓電源是目前實(shí)用和理想的穩(wěn)壓電源，具有很大的發(fā)展前景?；赨C3842的電機(jī)控制用多輸出開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2010-01-28 13:41:19作者：褚軍艦 王艷 殷天明來源:現(xiàn)代電子技術(shù) 關(guān)鍵字：開關(guān)電源 Flyback UC3842 電機(jī) 本文介紹了一種基于專用芯片UC3842的開關(guān)穩(wěn)壓電源。在電機(jī)調(diào)速控制器中，該電源提供功率開關(guān)元件基極(柵極)驅(qū)動(dòng)

14、電壓和控制電路工作電壓。開關(guān)電源性能的好壞直接影響到電機(jī)調(diào)速控制器的工作可靠性。該電源是為30 kW開關(guān)磁阻電機(jī)控制器設(shè)計(jì)的，也適用于采用功率或作為開關(guān)元件的中小功率感應(yīng)電機(jī)調(diào)速控制器。 1主回路方案1.1電源電路此電源是為30 kW開關(guān)磁阻電機(jī)控制器設(shè)計(jì)的，此電機(jī)功率變換器的主電路為不對(duì)稱半橋電路1。采用反激變換器結(jié)構(gòu)2，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗小的優(yōu)點(diǎn)，但輸出電壓紋波較大，通常用在150 W以下的電源中。具體電路如圖1所示。此電源為單芯片集成穩(wěn)壓電源，PWM芯片采用UC3842。UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，是專為脫線式直流變換電路設(shè)計(jì)的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。他集成了振蕩器、

15、有溫度補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測(cè)比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路及PWM鎖存器電路?？梢詫?shí)現(xiàn)逐個(gè)脈沖的電流限制，輸出電流可達(dá)1 A，可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET。1.2工作原理此電源電路工作原理為：220 V三相的交流輸入電壓先經(jīng)三相不控整流，再經(jīng)支撐電容平滑，為電源電路提供550 V直流工作電壓。當(dāng)三相逆變器接通電源時(shí)，R5和C2吸收電路啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流。從逆變器主電路來的直流母線電壓經(jīng)電阻R6降壓后，給3842提供約16V的起動(dòng)電壓。進(jìn)入正常工作后，二次繞組W3經(jīng)D3，C16提供3842的工作電壓。另一繞組W2的高頻電壓經(jīng)D2，C13整流濾波，再經(jīng)7.5k電阻R12，R13

16、和2k電位器RP1分壓，獲得輸出電壓信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)可調(diào)穩(wěn)壓管431產(chǎn)生偏差信號(hào)，再經(jīng)光電隔離加到3842的誤差放大器放大，控制管的開通與截止，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。電源的過流保護(hù)由1.8電阻R19檢測(cè)到管的過流信號(hào)，電流超過域值時(shí)封鎖3842輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單周期過流保護(hù)。UC3842驅(qū)動(dòng)VMOS管VT1以控制高頻變壓器一次繞組通斷，進(jìn)而獲得多組副邊電壓輸出。此輸出經(jīng)二極管整流、電容濾波后得到多路直流電壓。供給三相逆變器各功率開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)(W6，W7，W8，W9)與控制電路(W2，W4，W5)。電路穩(wěn)定工作時(shí)UC 3842的電源由W3，D3，C16組成的電源電路提供。管選用耐壓1000，電流8的場(chǎng)效應(yīng)

17、管8N100。為了保證開關(guān)元件在快速開關(guān)過程中不產(chǎn)生過大的尖峰電壓，需用C8，R15，D1組成的緩沖電路來抑制。緩沖電路二極管V3選用快速恢復(fù)二極管FR107。R8，R9和穩(wěn)壓管D11用來限制柵極電壓和電流，進(jìn)而限制管開關(guān)速度，有利于改善電磁兼容性。+15V電源和-15V電源對(duì)控制電路電源精度要求較高，但因?yàn)楣灿猛粋€(gè)變壓器很難通過PWM實(shí)現(xiàn)反饋控制來穩(wěn)壓。為獲得高品質(zhì)的控制電源，應(yīng)用線性穩(wěn)壓芯片7815和7915(如圖1所示)構(gòu)成了復(fù)合式開關(guān)穩(wěn)壓電源。為防止輸出在輕載或空載時(shí)的電壓升高，在5 V整流輸出端并聯(lián)一個(gè)100的負(fù)載電阻。 2變壓器設(shè)計(jì)電機(jī)控制逆變器開關(guān)電源是一個(gè)具有多路輸出的直流電

18、源。由高頻變壓器8個(gè)副邊繞組經(jīng)整流濾波后獲得。開關(guān)電源的性能在很大程度上決定于變壓器的設(shè)計(jì)。2.1功率計(jì)算高頻變壓器的副邊繞組6，7，8提供了三相逆變器3個(gè)上橋臂元件的驅(qū)動(dòng)電源，9提供了下橋臂3個(gè)元件的驅(qū)動(dòng)電源(亦可用3個(gè)繞組分別提供，以避免交叉干擾，此處只用一組是為了簡(jiǎn)化系統(tǒng))。按逆變器開關(guān)元件對(duì)驅(qū)動(dòng)電路電壓、電流的要求確定功率。本電機(jī)控制功率變換器功率模塊為IGBT，驅(qū)動(dòng)模塊為EXB841。選定2，3，4電壓20，電流100mA；5電壓20，電流200mA。6，7繞組提供其他模擬電路15，300mA電源。8繞組提供5給微處理器，輸出電流為2。2為開關(guān)電源自身的反饋繞組，其功率很小，可忽略。由以上設(shè)定條件可知高頻變壓器的輸出功率為：設(shè)計(jì)效率為85%并留有一定裕量，設(shè)計(jì)目標(biāo)為額定功率為40 的高頻變壓器。2.2磁心的選用根據(jù)文獻(xiàn)3給出的高頻變壓器最大承受功率與磁心截面積的關(guān)系并考慮窗口面積，本開關(guān)電源選用EI-35磁心，其有效截面積為100 mm2。2.3繞組匝數(shù)的確定首先確定開關(guān)電源功率和開關(guān)元件的工作頻率