UC3842的工作原理應用

1、UC3842的工作原理及3842在開關電源中的應用2008/11/20 02:55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、MOSFEF 和IGBT 等功率型半導體器件，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，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：

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/(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

3、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C1、L1 濾除電磁干擾，負溫度系數(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 提供啟動電壓，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)R3、R4 分壓加到誤差放大器的反相輸入端腳，為UC3842 提供負反饋電壓，其規(guī)律是此腳電壓越高驅(qū)動脈沖的占空比越小，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500KHz。R5、C6用于改善增益和頻率特性。腳輸

4、出的方波信號經(jīng)R7、R8 分壓后驅(qū)動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載使用。電阻R10 用于電流檢測，經(jīng)R9、C9 濾濾后送入UC3842 的腳形成電流反饋環(huán). 所以由UC3842 構成的電源是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓穩(wěn)定度非常高，當UC3842 的腳電壓高于1V 時振蕩器停振，保護功率管不至于過流而損壞。圖2 UC3842 構成的開關電源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?。凰氖歉鶕?jù)保護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%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

6、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%以上，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、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準源等構成。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)整管導通的時間為ton。反之，當三角波的幅度大于比較器的同相輸入時，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

7、。假設輸出電壓增加，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，外圍電路簡單，電壓調(diào)整率可達0.01%，

8、工作頻率高達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、圖騰柱輸出電路、輸入和基準欠電壓鎖定電路以及PWM鎖存器電路。其內(nèi)部結構及基本外圍電路如圖2所示。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

9、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，UC3842就停止輸出，有效地保護了功率管。第4腳為鋸齒振蕩器外部定時電阻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

10、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)動外接的開關功率管工作。功率管工作產(chǎn)生的信號經(jīng)取樣電路轉換為低壓直流信號反饋到3腳，維護系統(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)部的基準電壓進行比較，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。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16.5V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)壓輸出。控制電路的核心是UC3842，其后級的高速開關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100V，額定電流可以達到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直流電壓，先通過二極管整理，再通過3個50V/3300F的電解電容，和由一個33H電感和2個104的電容構成型濾波器進行濾波后輸出。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

13、壓，使脈寬的占空比發(fā)生變化，從而可以實現(xiàn)輸出電壓3036V的連續(xù)可調(diào)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、體積小、易實現(xiàn)。該穩(wěn)壓電源是目前實用和理想的穩(wěn)壓電源，具有很大的發(fā)展前景?；赨C3842的電機控制用多輸出開關電源設計 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 關鍵字：開關電源 Flyback UC3842 電機 本文介紹了一種基于專用芯片UC3842的開關穩(wěn)壓電源。在電機調(diào)速控制器中，該電源提供功率開關元件基極(柵極)驅(qū)動

14、電壓和控制電路工作電壓。開關電源性能的好壞直接影響到電機調(diào)速控制器的工作可靠性。該電源是為30 kW開關磁阻電機控制器設計的，也適用于采用功率或作為開關元件的中小功率感應電機調(diào)速控制器。 1主回路方案1.1電源電路此電源是為30 kW開關磁阻電機控制器設計的，此電機功率變換器的主電路為不對稱半橋電路1。采用反激變換器結構2，具有結構簡單、損耗小的優(yōu)點，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計的，其內(nèi)部結構如圖2所示。他集成了振蕩器、

15、有溫度補償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準欠電壓鎖定電路及PWM鎖存器電路?？梢詫崿F(xiàn)逐個脈沖的電流限制，輸出電流可達1 A，可直接驅(qū)動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。當三相逆變器接通電源時，R5和C2吸收電路啟動時的沖擊電流。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的起動電壓。進入正常工作后，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。此信號經(jīng)可調(diào)穩(wěn)壓管431產(chǎn)生偏差信號，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，實現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。電源的過流保護由1.8電阻R19檢測到管的過流信號，電流超過域值時封鎖3842輸出信號，實現(xiàn)單周期過流保護。UC3842驅(qū)動VMOS管VT1以控制高頻變壓器一次繞組通斷，進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元件驅(qū)動(W6，W7，W8，W9)與控制電路(W2，W4，W5)。電路穩(wěn)定工作時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的場效應

17、管8N100。為了保證開關元件在快速開關過程中不產(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選用快速恢復二極管FR107。R8，R9和穩(wěn)壓管D11用來限制柵極電壓和電流，進而限制管開關速度，有利于改善電磁兼容性。+15V電源和-15V電源對控制電路電源精度要求較高，但因為共用同一個變壓器很難通過PWM實現(xiàn)反饋控制來穩(wěn)壓。為獲得高品質(zhì)的控制電源，應用線性穩(wěn)壓芯片7815和7915(如圖1所示)構成了復合式開關穩(wěn)壓電源。為防止輸出在輕載或空載時的電壓升高，在5 V整流輸出端并聯(lián)一個100的負載電阻。 2變壓器設計電機控制逆變器開關電源是一個具有多路輸出的直流電

18、源。由高頻變壓器8個副邊繞組經(jīng)整流濾波后獲得。開關電源的性能在很大程度上決定于變壓器的設計。2.1功率計算高頻變壓器的副邊繞組6，7，8提供了三相逆變器3個上橋臂元件的驅(qū)動電源，9提供了下橋臂3個元件的驅(qū)動電源(亦可用3個繞組分別提供，以避免交叉干擾，此處只用一組是為了簡化系統(tǒng))。按逆變器開關元件對驅(qū)動電路電壓、電流的要求確定功率。本電機控制功率變換器功率模塊為IGBT，驅(qū)動模塊為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為開關電源自身的反饋繞組，其功率很小，可忽略。由以上設定條件可知高頻變壓器的輸出功率為：設計效率為85%并留有一定裕量，設計目標為額定功率為40 的高頻變壓器。2.2磁心的選用根據(jù)文獻3給出的高頻變壓器最大承受功率與磁心截面積的關系并考慮窗口面積，本開關電源選用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電源功率和開關元件的工作頻率