用uc3842芯片設(shè)計開關(guān)電源論文

1、用UC3842芯片設(shè)計開關(guān)電源摘 要：介紹電流控制型脈寬調(diào)制器 UC3842的原理及特性，并討論 其在設(shè)計中應注意的問題。關(guān)鍵字：脈寬調(diào)制電流控制開關(guān)電源筆者最近設(shè)計了由UC3842組成的DC-DC專換器，總的框架采用 參考文獻中現(xiàn)成的電路。但由于輸入電壓和工作頻率不同，重新設(shè)計 了電路參數(shù)。1、UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點UC3842是美國Unitrode公司生產(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。UC3842為8腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖 1所示。 主要由5.0V基準電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降 壓器、電流測定比較器、PWh鎖存器、高增益E/A誤差放

2、大器和適用 于驅(qū)動功率MOSFE的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。端 1為COM端; 端2為反饋端；端3為電流測定端；端4接Rt、Ct確定鋸齒波頻率； 端5接地；端6為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端 7為集成塊 工作電源電壓端，可以工作在 840V；端8為內(nèi)部供外用的基準電 壓5V,帶載能力50mA2、電路結(jié)構(gòu)與工作原理圖2所示為筆者在實際工作中使用的電路圖。 輸入電壓為24V直 流電。三路直流輸出，分別為+5V/4A, +12V/0.3A和-12V/0.3A。所 有的二極管都采用快速反應二極管，核心 PWh器件采用UC3842開 關(guān)管采用快速大功率場效應管。2.1啟動過程首先由電源通過啟動電阻

3、 R 1提供電流給電容C2充電，當C2 電壓達到UC3842的啟動電壓門檻值16V時，UC3842開始工作并提供 驅(qū)動脈沖，由6端輸出推動開關(guān)管工作，輸出信號為高低電壓脈沖。 高電壓脈沖期間，場效應管導通，電流通過變壓器原邊，同時把能量 儲存在變壓器中。根據(jù)同名端標識情況，此時變壓器各路副邊沒有能 量輸出。當6腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時，場效應管截止，根據(jù)楞次 定律，變壓器原邊為維持電流不變，產(chǎn)生下正上負的感生電動勢，此 時副邊各路二極管導通，向外提供能量。同時反饋線圈向UC3842供電。UC3842內(nèi)部設(shè)有欠壓鎖定電路，其開啟和關(guān)閉閾值分別為16V和10V,如圖3所示。在開啟之前，UC3842

4、消耗的電流在1mA以內(nèi)。 電源電壓接通之后，當7端電壓升至16V時UC3842開始工作，啟動正常工作后，它的消耗電流約為15mA因為UC3842勺啟動電流在1mA以內(nèi)，設(shè)計時參照這些參數(shù)選取 R1,所以在R1上的功耗很小。當然，若VCC端電壓較小時，在R1上的壓降很小，全部供電工 作都可由R1降壓后來完成。但是，通常情況下， VCC端電壓都比較 大，這樣完全通過R1來提供正常工作電壓就會使 R1自身功耗太大， 對整個電源來說效率太低。一般來說，隨著 UC3842勺啟動，R1的工 作也就基本結(jié)束，余下的任務交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓來 為UC3842供電。故R1的功率不必選得很大，1W 2

5、W就足夠了。筆 者認為，雖然理論上UC3842啟動電流在1mA以內(nèi)，但實際應用時， 按1.6 2.0mA設(shè)計則工作比較便利。即當 VCC端電壓為U伏時此 / ；l7nt2.2穩(wěn)壓過程從圖2中可知，當場效應管導通時，整流電壓加在變壓器T初級 繞組Np上的電能變成磁能儲存在變壓器中，在場效應管導通結(jié)束時， Np繞組中電流達到最大值Ipmax，根據(jù)法拉第電磁感應定律：式中：E整流電壓；Lp變壓器初級繞組電感；Ton場 效應管導通時間。在場效應管關(guān)閉瞬間，變壓器次級繞組放電電流為最大值Ismax, 若忽略各種損耗應為式中：n變壓器變比，n二Np/Ns, Np Ns為變壓器初、次級 繞組匝數(shù)。高頻變壓器

6、在場效應管導通期間初級繞組儲存的能量與場效應 管關(guān)閉期間次級繞組釋放的能量相等：式中：Ls變壓器次級繞組電感；U輸出電壓；Toff 場效應管關(guān)閉時間。因為 Lr射心 T.7S TjUgT/TJE(3)上式說明，輸出電壓Uo與Ton成正比，與匝比n及Toff成反比。 比如，由于電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓降低時，反饋線圈的輸出電壓則會變低，從而使2端電壓變低，則脈寬調(diào)制器會相應 的增大輸出PWM波形的占空比，使大功率晶體管導通的時間變長；反 之，當電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓升高時，則脈寬調(diào)制器會相應的減小PWM輸出脈沖波形的占空比，使大功率晶體管導通的 時間變短，從而維持輸出電

7、壓為一恒定值。UC3842為固定工作頻率脈寬調(diào)制方式，輸出電壓或負載變化時僅調(diào)整占空比，控制場效應管的導通時間。反饋電壓輸入2腳，此腳電壓與內(nèi)部2.5V基準進行比較，產(chǎn)生控制電壓，從而控制脈沖寬度； 輸出脈沖的頻率由4腳外接定時電阻Rt及定時電容Ct決定，fXI的單位取kQ, Ct取卩F。3腳為電感電流傳感器端，當取樣超 過 1V 時，縮小導通脈寬，使電源處于間隙工作狀態(tài)； 6 腳，輸出端， 內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅 50ns,驅(qū)動能力為士 1A; 7腳， 供電輸入，起振后工作電壓為1013V,低于10V停止工作，功耗為 15mW； 8腳,內(nèi)部基準 5V(50mA)。2.3 過流保護原

8、理當負載電流超過額定值或短路時，場效應管電流增加，R9上的電壓反饋至 3 腳(電壓大于 1 V) ,通過內(nèi)部電流放大器使導通寬度變 窄，輸出電壓下降，直至使 UC3842亭止工作，沒有觸發(fā)脈沖輸出， 使場效應管截止,達到保護功率管的目的。短路現(xiàn)象消失后,電源自 動恢復正常工作。2.4 過壓保護原理 當因某種原因使輸出電壓過高時,由反饋繞組形成的電壓也高,從而使 2腳的電壓過高, 內(nèi)部保護電路起動, 使 6腳輸出脈沖高電平 時間變短,或不輸出高電平使開關(guān)管截止。2.5 開關(guān)管保護電路由D3 R10 C1及R11、C14 D4構(gòu)成，消除由變壓器漏感產(chǎn)生 的反峰電壓,從而使開關(guān)工作電壓不至于太高而毀

9、壞。3、設(shè)計中的注意事項3.1 起動電路的設(shè)計電路如圖4所示，電容C2儲存的能量要能滿足電源開始正常 工 作的需要，使得UC3842第 7腳有穩(wěn)定、充足的輸入供給。即電容 C2 的放電時間要大于UC3842輸出脈沖的高電平持續(xù)時間。否則，電源 將出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。因此，電容C2的容量和 質(zhì)量的選取非常重要。筆 者在實際設(shè)計過程中，C2曾用100卩F鋁電解電容，經(jīng)常發(fā)現(xiàn) 電源 打嗝；測量反饋端電壓，總是太低，以至于反饋端的整流二極管都沒 有工作，說明反饋端電壓幅度不夠。原因在于 C2容量不夠，不能提 供足夠的能量來使UC3842充分工作，因此，容量最好在100卩F以 上。3.2反饋繞組的設(shè)計當UC3842啟動后，若反饋繞組不能提供足夠的 UF,電路就會不 停地起動，出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。另外，根據(jù)筆者的經(jīng)驗，若UF大于17.5V 時，也會引起UC3842工作異常，導致輸出脈沖占空比變小，輸出電 壓變低。故而反饋繞組匝數(shù)的 選取及其纏繞是非常重要的，一般可 按1315V設(shè)計，使UC3842正常工作時，7腳的電壓維持 在13V左用4 反箱曉立烘電尬軸聃4、結(jié)束語UC3842是 一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。假如由于某 種原因使輸出電壓升高時，脈寬調(diào)制器就會改變驅(qū)動信號的脈沖寬 度，亦即占空比D,使斬波后的平均 值電壓下降，從而達到穩(wěn)壓目 的，反之亦然。UC3842可以直接驅(qū)動MOS管、