3842开关电源评估版.pdf

前言电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域，其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、 体积小和重量轻等突出优点，获得了广泛的应用 开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电流控制型，前者是一个单闭环电压控制系统，系统响应慢， 很难达到较高的线形调整率精度，后者，较电压控制型有不可比拟的优点UC3842 是国内应用比较广泛的一种电流控制型脉宽调制器所谓电流型脉宽调制器是按反馈电流来调节脉宽的在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化由于结构上有电压环、电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是比较理想的控制器第一部分： UC3842 电路工作原理一：基本概念1．单端反激式变换器所谓单端，是指高频变压器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧，并且只有一个输出端所谓反激， 是指开关功率管导通时， 后级整流二极管截止， 电能将储存在高频变压器的初级电感线圈中；当开关功率管关断时，后级整流二极管导通，初级线圈上的电能通过磁芯的藕合传输给次级绕组，并经过后级整流二极管输出。

下文实例电路就采用单端反激式2．电压控制型脉宽调制（ PWM）型开关稳压电源只对输出电压进行采样，实行闭环控制，这种控制方式属电压控制型，是一种单环控制系统其原理如下：图 1 电压控制型原理如图 1 所示，电源输出电压UO与参考电压 Uref 比较放大，得到误差信号Ue ，再与斜波信号比较后， PWM 比较器输出一定占空比的系列脉冲，这就是电压控制型的原理其最大缺点是： 控制过程中电源电路内的电流值没有参与进去众所周知，开关电源的 输出电流 是要流经电感的 ，故对于电压信号有90 度的相位延迟，然而对于稳压电源来说， 应当考虑电流的大小， 以适应输出电压的变化和负载的需求，从而达到稳定输出电压的目的，因此仅采用输出电压采样的方法，其响应速度慢，稳定性差，甚至在大信号变化时， 会产生振荡， 造成功率管损坏等故障3．电流控制型电流控制型正是针对电压控制型的缺点而发展起来的，它除保留了电压控制型的输出电压反馈外， 又增加了一个电流反馈环节，形成双环控制系统， 使得开关电源的电压调整率、 负载调整率和瞬态响应特性都有所提高如图 2 所示，在脉宽比较器的输入端将电流采样信号与误差放大器的输出信号进行比较，以此来控制输出脉冲的占空比， 使输出的峰值电流跟随误差电压变化。

电路采用恒频时钟脉冲置位锁存器， 输出脉冲驱动功率管导通， 电源回路中的电流脉冲逐渐增大，当电流在采样电阻RS上的幅度达到 Ue时，脉宽比较器状态翻转，锁存器复位，驱动撤除， 功率管截止， 这样逐个检测和调节电流脉冲，就可达到控制电源输出的目的由于 RS上感应出峰值电感电流，所以自然形成脉冲限流电路，这种峰值电感电流感应检测技术可以灵敏地、精确地限制最大输出电流， 所以整个开关电源中的磁性元件 （高频变压器） 和功率元件 （高压开关管） 不必设计较大的余量，就能保证稳压电源工作可靠，成本降低图 2 电流控制型原理4．UC3842简介UC3842 是单电源供电，带电流正向补偿，单路调制输出的集成芯片，主要用于高频中小容量开关电源， 用它构成的电路在驱动开关管时，通常将误差比较器的反向输入端通过反馈电路经电阻分压得到的信号与内部2．5V 基准进行比较，误差比较器的输出端与反向输入端用RC元件接成补偿网络，误差比较器的输出端与电流采样电压进行比较，从而控制 PWM 序列的占空比， 达到电路稳定的目的其内部组成框图如图3 所示，它主要包括高频振荡、 误差比较、欠压锁定、电流取样比较、脉宽调制锁存等功能电路。

芯片工作起动电压是16V，关闭电压是 10V， 6V的起动与关闭电压差可有效防止电路在阀值电压附近工作而引起的振荡芯片起动电流为1mA ，所以，芯片可以对高压用电阻降压起动，待起动完成后由馈电绕组供电 补偿端接 RC网络来改变误差放大器的闭环增益和频率响应电流反馈端 Ucs>1V时输出脉冲关断，起到逐个脉冲限流保护时钟由外接阻容RT和 CT决定还提供 5V的基准电压 , 带载能力 50mA 在 UC3842的输入端与地之间，还有 34V的稳压管，一旦输入端出现高压， 该稳压管就被反向击穿， 将供电电压钳位于 34V，保护芯片不致损坏下面是芯片的引脚功能说明 引脚 功能引脚功能说明8 管 脚14管脚1 1 补偿该管脚为误差放大器输出， 外接阻容元件， 用来补偿误 差放大器的频率特性2 3 电压反馈该管脚是误差放大器的反相输入端，是反馈电压输入 端，将取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 3 5 电流取样 电流检测输入端，与电阻配合，构成过流保护电路4 7 RT/CT 通过将电阻 RT连接至 Vref 以及电容 CT连接至地，产 生锯齿波 使振荡器频率和最大输出占空比可调，工作频 率可达 500kHz 。

5 - 地该管脚是控制电路和电源的公共地 （仅对 8 管脚封装如 此）6 10 输出该输出直接驱动功率MOSFET 的栅极，高达1.OA 的峰 值电流经此管脚拉和灌 7 12 VCC 集成电路的正电源（ IC 工作电源）8 14 Vref 该管脚为参考输出， 它通过电阻 RT向电容 CT提供充电 电流8 电源地该管脚是一个连回至电源的分离电源地返回端（仅14 管脚封装如此），用于减少控制电路中开关瞬态噪声的 影响11 VC 输出高态（ VoH ）由加到此管脚（仅 14 管脚封装如此） 的电压设定 通过分离的电源连接， 可以减小开关瞬态 噪声对控制电路的影响9 地该管脚是控制电路地返回端（仅，4 管脚封装如此）， 并被连回到电源地2,4,6,13 空脚无连接 （仅 14 管脚封装如此）， 这些管脚没有内部连接图 3UC3842性能特点：（1）它属于电流型单端PWM 调制器，具有管脚数量少， 外围电路简单、 安装调试方便、 性能优良、价格低廉等优点 而且通过高频变压器与电网隔离，适合构成无工频变压器的20-50W小功率开关电源2）最高开关频率为500KHZ ，频率稳定度高达0.2%电源效率高，输出电流大，能直接驱动双极型功率晶体管或VMOS 管、DMOS 管、TMOS 管工作。

3）内部有高稳定的基准电压源，档准值为5V，允许有 +0.1%的偏差，温度系数为 0.2mV/0C 4）稳压性能好其电压变化率可达0.01%/V启动电流小于1mA ，正常工作电流为 15mA 5）除具有输入端过压何护与输出端过流保护电路之外，还设有欠压保护电路，使用工作更稳定、可靠6）可调整的振荡电路，可精确地控制占空比，并具有自动补偿功能7）带锁定的 PWM，可以进行逐个脉冲的电流限制二：实例电路工作原理1．AC 输入整流部分，如图4图 4 交流电 (AC110～220V/50Hz)由 J2-1 进入，经过 R2送至由 D1~D4 组成的桥式整流，并由 C1 滤波，把交流电变换为直流电（当输入交流电110V 时，整流后的直流为 155V 左右，当输入交流电220V 时，整流后的直流为300V 左右） 主要组件说明 : R2: 降低 C1初始充电电流冲击和起保险丝的作用R2取值越小，刚开始通电时，对C1的充电电流就越大，太大时插头接电瞬间会出现火花，烧坏插座和插头；R2取值越大，刚开始接电时，对C1的充电电流就越小，但是带较大的负载时，电路通过电流较大，在R2上的压降较大， R2的功耗较大，影响整体电路的效率。

当电路短路时，通过R2的电流会很大，当超过 R2允许功耗时， R2便会烧坏，切断电路，这时起到保险丝的作用D1-D4:桥式整流 , 把交流电整流成直流电 取值主要是考虑它的反向耐压大 小和带最大负载时通过的电流反向耐压越高越好， 电流要求要比电路额定电流大 3 陪以上C1:整流后滤波电容容量越大，输出直流纹波越小，但是成本也越高此电容容量越大， 接电瞬间， 通过 R2的电流就越大， 整机浪涌电流就越大； 相反，电容容量小， 滤波效果不好， 整流后的直流电纹波较大 此外还要考虑电容的耐压，不能小于整流后的直流电压，最好留有一定的余地2．启动 , 如图 5如图 5接通输入电源INV后，电流gi通过启动电阻R5 给电容 C3, C11 充电 , 当C3, C11 电压达到UC3842 的启动电压门槛值16V 时 ,UC3842 开始工作并提供驱动脉冲, 由 6 端输出推动开关管Q1 工作 , 输出信号为高低电压脉冲 高电压脉冲期间, 开关功率管Q1 导通 , 电流通过变压器初级绕组PN, 同时把能量储存在变压器中根据同名端标识情况, 此时变压器各路副边没有能量输出当 6 脚输出的高电平脉冲结束时, 开关功率管 Q1 截止 , 根据楞次定律, 变压器初级绕组PN为维持电流不变, 产生下正上负的感生电动势, 此时其他边各路二极管导通, 向外提供能量。

同时辅助绕组BN向 UC3842 供电UC3842 内部设有欠压锁定电路, 其开启和关闭阈值分别为16V 和 10V,在开启之前,UC3842 消耗的电流在1mA 以内电源电压接通之后, 当 7 端电压升至16V 时 UC3842 开始工作, 启动正常工作后, 它的消耗电流约为15mA 因为UC3842 的启动电流在1mA 以内 , 设计时参照这些参数选取R5当然 , 若INV电压较小时, 在 R5 上的压降很小, 全部供电工作都可由R5 降压后来完成但是, 通常情况下, INV电压都比较大, 这样完全通过R5 来提供正常工作电压就会使R5 自身功耗太大, 对整个电源来说效率太低一般来说 , 随着 UC3842 的启动 , R5 的工作也就基本结束, 余下的任务交给辅助绕组BN, 由辅助绕组BN产生电压来为UC3842 供电故 R5 的功率不必选得很大 , 1W 、 2W 就足够了虽然理论上UC3842 启动电流在1mA 以内 , 但实际应用时, 按 1. 6 ～ 2. 0mA 设计则工作比较便利R5阻值的大小对整机短路电流和功耗有较大影响，电阻越大， 功耗和短路电流就会越小， 但电阻值太大会造成不能启动，太小，流过R5电流太大，导致R5 功耗过大， R5 发烫，容易损坏，并造成整体电路功率下降。

3．UC3842 工作过程，如图6 如图 6 UC3842 启动工作后，C3, C11为 UC3842 提供稳定的工作电压VCC,VCC 通过 R9， R19， 光耦 817，R8组成的分压取样电路， 电压通过 2 脚被反馈到 UC3842内部的误差放大器并和基准电压比较得到误差电压Vr； 同时在取样电阻R3 上建立的电压也被反馈到UC3842 电流测定比较器的同相输入端， 这个检测电压和误差电压 Vr 相比较，产生脉冲宽度可调的驱动信号，用来控制开关功率管Q1 的导通和关断时间， 以决定高频变压器的通断状态，从而达到输出稳压的目的 考虑到 VCC 及 Vref 上的噪声电压也会影响输出的脉冲宽度，因此，在UC3842 的脚 7 和脚 8 上分别接有消噪电容C3, C11 和 C10 R7是开关功率管 Q1 的栅极限流电阻主要组件说明 : R9，R19，光耦 PC817，R8 分压取样电路 ,决定 UC3842 2 脚电压的大小，控制 6 脚驱动信号的脉冲宽度R3，检测通过开关功率管Q1 D-S 极峰值电流， 并经 R17把电压大小反应到UC3842 3 脚，进而控制 6 脚脉冲C12： UC3842 3脚的滤波电容， 它的取值不能太大， 否则会影响电路的稳定。

R18：开关功率管 Q1 G 极限流电阻R1：开关功率管 Q1 关断时， G 极寄生电容通过R1放电C4，R16决定 UC3842 的工作频率和最大输出占空比C10：UC3842 8 脚的滤波电容。