UC3842典型应用电路

UC3842典型应用电路D80-004 1SA/40V V以4T电路中的芯片有：UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各 脚功能如下：脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率 特性；脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较， 产生误差电压，从而控制脉冲宽度；脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉 冲宽度使电源处于间歇工作状态；脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间 常数决定，f=1.8/(RTxCT)；脚为公共地端；脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、 下降时间仅为50ns驱动能力为1A :脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯 片功耗为15mW；脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。电流控制型脉宽调制器UC3842工作原理及应用UC3842是美国Unitrode公司(该公司现已被TI公司收购)生产的一种高性能单端输出式电流控制 型脉宽调制器芯片，可直接驱动双极型晶体管、MOSFEF和IGBT等功率型半导体器件，具有 管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良等诸多优点，广泛应用于计算机、显示器 等系统电路中作开关电源驱动器件。1 UC3842内部工作原理简介图1示出了 UC3842内部框图和引脚图，UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式， 共有8个引脚，各脚功能如下： 脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性； 脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电 压，从而控制脉冲宽度； 脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态； 脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RTxCT)； 脚为公共地端； 脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为1A ； 脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW ； 脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。Y 后电海八，建准电谑 欠压限制T T/亍荆作网 驱劫图1 UC3842内部原理框图2 UC3842组成的开关电源电路图2是由UC3842构成的开关电源电路，220V市电由q、R滤除电磁干扰，负温度系数的 热敏电阻Rt1限流，再经VC整流、C2滤波，电阻、电位器RP降压后加到UC3842的 供电端(脚)，为UC3842提供启动电压，电路启动后变压器的付绕组的整流滤波电压 一方面为UC3842提供正常工作电压，另一方面经R3、R4分压加到误差放大器的反相输入 端脚，为UC3842提供负反馈电压，其规律是此脚电压越高驱动脉冲的占空比越小，以此 稳定输出电压。脚和脚外接的R6、C8决定了振荡频率，其振荡频率的最大值可达500KHz。 R5、C6用于改善增益和频率特性。脚输出的方波信号经R7、R8分压后驱动MOSFEF功率 管，变压器原边绕组勺能量传递到付边各绕组，经整流滤波后输出各数值不同的直流电 压供负载使用。电阻R10用于电流检测，经R9、C9滤滤后送入UC3842的脚形成电流反馈 环.所以由UC3842构成的电源是双闭环控制系统，电压稳定度非常高，当UC3842的脚 电压高于1V时振荡器停振，保护功率管不至于过流而损坏。图2 UC3842构成的开关电源3电路的调试此电路的调试需要注意：一是调节电位器RP1使电路起振，起振电流在1mA左右；二是起 振后变压器绕组提供的直流电压应能使电路正常工作，此电压的范围大约为1117V之 间；三是根据输出电压的数值大小来改变r4以确定其反馈量的大小；四是根据保护要求来 确定检测电阻R10的大小，通常虬。是2W、1，以下的电阻。电流控制型脉宽调制器UC3842在开关电源中的应用开关稳压电源被誉为“新型高效节能电源”，它代表着稳压电源的发展方向。由于内部器件工作在 高频开关状态，因此本身消耗的能量极低，电源效率可以达到80%以上，比串连调整线性稳压电 源的效率提高近一倍。随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源正朝着小型化、高频化、集成化 的方向发展，高效率的开关稳压电源已得到越来越广泛的应用。本文首先概述开关稳压电源的基 本工作原理，接着介绍电流型脉宽调制器UC3842芯片，着重论述了 UC3842在开关稳压电源中 的应用，并以一个实际应用实例分析了电源电路的构成和参数计算。开关电源的基本工作原理相对于线性稳压电源功耗较大的缺点，开关电源的效率可达90%以上，而且造价低、体积小。开 关电源的工作原理如图1所示，它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和 基准源等构成。在图1中，三角波发生器的输出波形加到比较器的反相端，其同相端接比较放大器的输出 Vf。当 三角波的幅度小于比较器的同相输入时，比较器输出高电平，对应调整管导通的时间为ton。反 之，当三角波的幅度大于比较器的同相输入时，对应调整管的截至时间为toff。为了稳定电压输 出，按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器之间的联系。假设输出电压增加，则FVo增加，比较放大器的输出Vf减小，那么比较器的输出波形中toff增加，从而使调整管的 导通时间减小，输出电压下降，起到稳压的作用。如果忽略电感的直流电阻，那么输出电压 V) 为调整管发射极电压Ve的平均分量，于是有：其中，q为占空比。在输入电压一定的时候，输出电压与占空比正比，通过改变比较器输出波形 的占空比就可以控制输出电压的幅值。图1开关电源的工作原理UC3842的工作原理UC3842是美国Unitorde公司生产的一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。该调制器单端输 出，能直接驱动双极型的功率管或场效应管。其主要优点是管脚数量少，外围电路简单，电压调 整率可达0.01%，工作频率高达500kHz，启动电流小于1mA，正常工作电流为5mA，并可利用高 频变压器实现与电网的隔离。该芯片集成了振荡器、具有温度补偿的高增益误差放大器、电流检 测比较器、图腾柱输出电路、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路。其内部结构及 基本外围电路如图2所示。图2 UC3842的内部结构及基本外围电路UC3842是8脚的双列直插的封装形式。如图2所示：第1脚为补偿脚，内部误差放大器的输出端，外接阻容元件以确定误差放大器的增益和频响。第2脚是反馈脚，将采样电压加到误差放大器的反相输入端，再与同相输入端的基准电压进行比 较，产生误差电压，控制脉冲的宽度。第3脚为电流传感端，在功率管的源极串接一个小阻值的采样电阻，构成过流保护电路。当电源 电压异常时，功率管的电流增大，当采样电阻上的电压超过1V时，UC3842就停止输出，有效地 保护了功率管。第4脚为锯齿振荡器外部定时电阻R与定时电容C的公共端。第5脚为地。第6脚为图腾柱式输出电压，当上面的三极管截止的时候下面的三极管导通，为功率管关断时提 供了低阻抗的反向抽取电流回路，加速了功率管的关断。第7脚为输入电压，开关电源启动的时候需要在该引脚加一个不低于16V的电压，芯片工作后， 输入电压可以在1030V之间波动，低于10V时停止工作。第8脚为内部5.0V的基准电压输出，电流可达50mA。电路上电时，外接的启动电路通过引脚7提供芯片需要的启动电压。在启动电源的作用下，芯片 开始工作，脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号经6脚输出驱动外接的开关功率管工作。功率管工 作产生的信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到3脚，维护系统的正常工作。电路正常工作 后，取样电路反馈的低压直流信号经2脚送到内部的误差比较放大器，与内部的基准电压进行比 较，产生的误差信号送到脉宽调制电路，完成脉冲宽度的调制，从而达到稳定输出电压的目的。 如果输出电压由于某种原因变高，则2脚的取样电压也变高，脉宽调制电路会使输出脉冲的宽度 变窄，则开关功率管的导通时间变短，输出电压变低，从而使输出电压稳定，反之亦然。锯齿波 振荡电路产生周期性的锯齿波，其周期取决于4脚外接的RC网络。所产生的锯齿波送到脉冲宽 度调制器，作为其工作周期，脉宽调制器输出的脉冲周期不变，而脉冲宽度则随反馈电压的大小 而变化。实际应用电路交做K骊 A 直桶出图3开关稳压电源系统总体框图根据UC3842的特点，设计一个3036V可调的开关型稳压电源，其总体结构框图如图3所示。 交流输入后通过整流滤波得到直流电压，经过LM317后获得16.5V的直流电压，作为UC3842芯 片的启动电压。芯片启动后通过脉宽调制控制功率管的开关从而实现稳压输出。控制电路的核心 是UC3842，其后级的高速开关功率管要求满足一定的耐压值和足够大的额定电流。这里可以选 用IRF540，其耐压值高达100V，额定电流可以达到33A。高频变压器的升压系数为1.2,采用双 桥间距为0.3mm的铁氧铁芯，由直径0.65mm的铜丝绕制而成。高频变压器出来的脉动直流电压， 先通过二极管整理，再通过3个50V/3300吁 的电解电容，和由一个33H电感和2个104的电容构 成日型滤波器进行滤波后输出。其UC3842的核心电路如图4所示。图4 UC3842的核心电路图如图4所示，UC3842的工作频率由4脚和8脚间的RT和CT决定的。理论上，其内部的振荡频率 最高可达500kHz。在本系统中RT和CT分别选用了 10kQ和0.045吁，根据公式：可以计算得其工作频率约为40kHz，符合开关电源的要求。在UC3842的2脚处接上一个10kQ的 电位器，通过调节电位器的阻值改变反馈电压，使脉宽的占空比发生变化，从而可以实现输出电 压3036V的连续可调变化。结语利用UC3842设计的电流制型脉宽调制开关稳压电源，克服了电压控制型脉宽调制开关稳压电源 频响慢、电压调整率和负载调整率低的缺点，电路结构简单，成本低、体积小、易实现。该稳压 电源是目前实用和理想的稳压电源，具有很大的发展前景。用UC3842设计开关电源的几个技巧（带图）用UC3842设计开关电源的几个技巧用UC3842做的开关电源的典型电路见图1。47uCDMP服VFBVCCISGDRCG1WU10P1BUC384Kr r*，电4过载和短路保护，一般是通过在开关管的源极串一个电阻（R4）,把电流信号送到3842的第 3脚来实现保护。当电源过载时，3842保护动作，使占空比减小，输出电压降低，3842的供 电电压Viux也跟着降低，当低到3842不能工作时，整个电路关闭，然后靠R1、R2开始下 一次启动过程。这被称为“打嗝”式（hiccup）保护。在这种保护状态下，电源只工作几个开关周期，然后进入很长时间（几百ms到几s）的启 动过程，平均功率很低，即使长时间输出短路也不会导致电源的损坏。由于漏感等原因，有 的开关电源在每个开关周期有很大的开关尖峰，即使在占空比很小时，辅助电压Vaux也不 能降到足够低，所以一般在辅助电源的整流二极管上串一个电阻（R3），它和C1形成RC滤 波，滤掉开通瞬间的尖峰。仔细调整这个电阻的数值，一般都可以达到满意的保护。使用这 个电路，必须注意选取比较低的辅助电压Vaux，对3842一般为1315V，使电路容易保护。 图2、3、4是常见的电路。图2采取拉低第1脚的方法关闭电源。图3采用断开振荡回路的方法。IT计图4采取抬高第2脚，进而使第1脚降低的方法。在这3个电路里R3电阻即使不要，仍能很好保护。注意电路中C4的作用，电源正常启动， 光耦是不通的，因此靠C4来使保护电路延迟一段时间动作。在过载或短路保护时，它也起 延时保护的左右。在灯泡、马达等启动电流大的场合，C4的取值也要大一点。图1是使用最广泛的电路，然而它的保护电路仍有几个问题：1. 在批量生产时，由于元器件的差异，总会有一些电源不能很好保护，这时需要个别调整 R3的数值，给生产造成麻烦；2, 在输出电压较低时，如3.3V、5V，由于输出电流大，过载时输出电压下降不大，也很难 调整R3到一个理想的数值；3. 在正激应用时，辅助电压Viux虽然也跟随输出变化，但跟输入电压HV的关系更大， 也很难调整R3到一个理想的数值。这时如果采用辅助电路来实现保护关断，会达到更好的效果。辅助关断电路的实现原理： 在过载或短路时，输出电压降低，电压反馈的光耦不再导通，