UC3842的工作原理及3842在開關(guān)電源中的應(yīng)用65357

1、UC3842的工作原理及3842在開關(guān)電源中的應(yīng)用2009-07-13 16:10電流控制型脈寬調(diào)制器UC3842工作原理及應(yīng)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(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、外圍電路簡單、安裝調(diào)試簡便、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；腳為電流檢測輸入端， 當(dāng)檢測電壓超過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/(RT×CT)；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

3、圖2 UC3842 組成的開關(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

4、頻率特性。腳輸出的方波信號經(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，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

5、據(jù)輸出電壓的數(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

6、關(guān)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)

7、系。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效應(yīng)管。其主要優(yōu)點(diǎn)是管腳數(shù)量少，外圍電路簡單，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

9、串接一個(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

10、啟動(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)生的信號經(jīng)取樣電路轉(zhuǎn)換為低壓直流信號反饋到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

11、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1.2，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UC384