怎么用uc3842芯片设计开关电源？

怎么用uc3842芯片设计开关电源？

用UC3842芯片设计开关电源
　　1   UC3842   的内部结构和特点   
　　   UC3842   是美国Unitrode公司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。   
　　   UC3842   为8脚双列直插式封装ˇ其内部原理框图如图1所示。主要由5.0V基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E/A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等构成。端1为COMP端ˇ端2为反馈端ˇ端3为电流测定端ˇ端4接Rt、Ct确定锯齿波频率ˇ端5接地ˇ端6为推挽输出端ˇ有拉、灌电流的能力ˇ端7为集成块工作电源电压端ˇ可以工作在8～40Vˇ端8为内部供外用的基准电压5Vˇ带载能力50mA。   
　　2电路结构与工作原理   
　　图2所示为笔者在实际工作中使用的电路图。输入电压为24V直流电。三路直流输出ˇ分别为+5V/4Aˇ+12V/0.3A和-12V/0.3A。所有的二极管都采用快速反应二极管ˇ核心PWM器件采用   UC3842   。开关管采用快速大功率场效应管。   
　　2.1启动过程   
　　首先由电源通过启动电阻Rˇ1提供电流给电容C2充电ˇ当C2电压达到   UC3842   的启动电压门槛值16V时ˇ   UC3842   开始工作并提供驱动脉冲ˇ由6端输出推动开关管工作ˇ输出信号为高低电压脉冲。高电压脉冲期间ˇ场效应管导通ˇ电流通过变压器原边ˇ同时把能量储存在变压器中。根据同名端标识情况ˇ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ˇ场效应管截止ˇ根据楞次定律ˇ变压器原边为维持电流不变ˇ产生下正上负的感生电动势ˇ此时副边各路二极管导通ˇˇ外提供能量。同时反馈ˇ圈ˇ   UC3842   供电。   UC3842   内部设有欠压锁定电路ˇ其开启和关闭阈值分别为16V和10Vˇ如图3所示。在开启之前ˇ   UC3842   ˇ耗的电流在1mA以内。电源电压接通之后ˇ当7端电压升至16V时   UC3842   开始工作ˇ启动正常工作后ˇ它的ˇ耗电流约为15mA。因为   UC3842   的启动电流在1mA以内ˇ设计时参照这些参数选取R1ˇ所以在R1上的功耗很小。   
　　当然ˇ若VCC端电压较小时ˇ在R1上的压降很小ˇ全部供电工作都可由R1降压后来完成。但是ˇ通常情况下ˇVCC端电压都比较大ˇ这样完全通过R1来提供正常工作电压就会使R1自身功耗太大ˇ对整个电源来说效率太低。一般来说ˇ随着   UC3842   的启动ˇR1的工作也就基本结束ˇ余下的任务交给反馈绕组ˇ由反馈绕组产生电压来为   UC3842   供电。故R1的功率不必选得很大ˇ1W、2W就足够了。笔者认为ˇ虽然理论上   UC3842   启动电流在1mA以内ˇ但实际应用时ˇ按1.6～2.0mA设计则工作比较便利。即当VCC端电压为U伏时   
　　2.2稳压过程   
　　从图2中可知ˇ当场效应管导通时ˇ整流电压加在变压器T初级绕组Np上的电能变成磁能储存在变压器中ˇ在场效应管导通结束时ˇNp绕组中电流达到最大值Ipmaxˇ根据法拉第电磁感应定律ˇ   
　　式中ˇE——整流电压ˇLp——变压器初级绕组电感ˇTon——场效应管导通时间。   
　　在场效应管关闭瞬间ˇ变压器次级绕组放电电流为最大值Ismaxˇ若忽略各种损耗应为ˇ   
　　式中ˇn——变压器变比ˇn=Np/NsˇNp、Ns为变压器初、次级绕组匝数。   
　　高频变压器在场效应管导通期间初级绕组储存的能量与场效应管关闭期间次级绕组释放的能量ˇ等ˇ   
　　式中ˇLs——变压器次级绕组电感ˇUo——输出电压ˇToff——场效应管关闭时间。   
　　上式说明ˇ输出电压Uo与Ton成正比ˇ与匝比N及Toff成反比。比如ˇ由于电源电压变化或负载变化而引起输出电压降低时ˇ反馈ˇ圈的输出电压则会变低ˇ从而使2端电压变低ˇ则脉宽调制器会ˇ应的增大输出PWM波形的占空比ˇ使大功率晶体管导通的时间变长ˇ反之ˇ当电源电压变化或负载变化而引起输出电压升高时ˇ则脉宽调制器会ˇ应的减小PWM输出脉冲波形的占空比ˇ使大功率晶体管导通的时间变短ˇ从而维持输出电压为一恒定值。   
　　   UC3842   为固定工作频率脉宽调制方式ˇ输出电压或负载变化时仅调整占空比ˇ控制场效应管的导通时间。反馈电压输入2脚ˇ此脚电压与内部2.5V基准进行比较ˇ产生控制电压ˇ从而控制脉冲宽度ˇ输出脉冲的频率由4脚外接定时电阻Rt及定时电容Ct决定ˇf   
　　Rt的单位取KΩˇCt取ΜF。3脚为电感电流传感器端ˇ当取样超过1V时ˇ缩小导通脉宽ˇ使电源处于间隙工作状态ˇ6脚ˇ输出端ˇ内部为图腾柱式ˇ上升、下降时间仅50nsˇ驱动能力为±1Aˇ7脚ˇ供电输入ˇ起振后工作电压为10～13Vˇ低于10V停止工作ˇ功耗为15mWˇ8脚ˇ内部基准5V(50mA)。   
　　2.3过流保护原理   
　　当负载电流超过额定值或短路时ˇ场效应管电流增加ˇR9上的电压反馈至3脚(电压大于1V)ˇ通过内部电流放大器使导通宽度变窄ˇ输出电压下降ˇ直至使   UC3842   停止工作ˇ没有触发脉冲输出ˇ使场效应管截止ˇ达到保护功率管的目的。短路ˇˇˇ失后ˇ电源自动恢复正常工作。   
　　2.4过压保护原理   
　　当因某种原因使输出电压过高时ˇ由反馈绕组形成的电压也高ˇ从而使2脚的电压过高ˇ内部保护电路起动ˇ使6脚输出脉冲高电平时间变短ˇ或不输出高电平使开关管截止。   
　　2.5开关管保护电路   
　　由D3、R10、C1及R11、C14、D4构成ˇˇ除由变压器漏感产生的反峰电压ˇ从而使开关工作电压不至于太高而毁坏。   
　　3设计中的注意事ˇ   
　　3.1起动电路的设计   
　　电路如图4所示ˇ电容C2储存的能量要能满足电源开始正常   工作的需要ˇ使得   UC3842   第7脚有稳定、充足的输入供给。即电容C2的放电时间要大于UC3   842输出脉冲的高电平持续时间。否则ˇ电源将出ˇ打嗝ˇˇ。因此ˇ电容C2的容量和   质量的选取非常重要。笔者在实际设计过程中ˇC2曾用100μF铝电解电容ˇ经常发ˇ   电源打嗝ˇ测量反馈端电压ˇ总是太低ˇ以至于反馈端的整流二极管都没有工作ˇ说明反馈   端电压幅度不够。原因在于C2容量不够ˇ不能提供足够的能量来使   UC3842   充分工作ˇ因此   ˇ容量最好在100μF以上。   
　　3.2反馈绕组的设计   
　　当   UC3842   启动后ˇ若反馈绕组不能提供足够的UFˇ电路就会不停地起动   ˇ出ˇ打嗝ˇˇ。另外ˇ根据笔者的经验ˇ若UF大于17.5V时ˇ   也会引起   UC3842   工作异常ˇ导致输出脉冲占空比变小ˇ输出电压变低。故而反馈绕组匝数的   选取及其缠绕是非常重要的ˇ一般可按13～15V设计ˇ使   UC3842   正常工作时ˇ7脚的电压维持   在13V左右。   
　　4结束语   
　　   UC3842   是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时ˇ脉   宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度ˇ亦即占空比Dˇ使斩波后的平均   值电压下降ˇ从而达到稳压目的ˇ反之亦然。   UC3842   可以直接驱动MOS管、IGBT等ˇ适合于   制作20～80W小功率开关电源。由于器件设计巧妙ˇ由主电源电压直接启动ˇ构成电路所需   元件少ˇ非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。

这是个PWM控制器，是电源的核心部件，不能随意取代。一旦更换，电源需要重新设计，变压器参数需要重新计算。

UC3842是一款PWM器件（脉宽控制器），在开关电源中通过其输出脉宽的变化起到电压调整作用。   当电源的输出电压偏低时，通过负反馈环节反馈到UC3842。UC3842就会实时地增加输出脉冲的占空比，从而使输出电压得到提高，反之，当电源的输出电压偏高时，通过负反馈环节反馈到UC3842。UC3842就会实时地减小输出脉冲的占空比，从而使输出电压下降。

　   UC3842   为8脚双列直插式封装ˇ其内部原理框图如图1所示。主要由5.0V基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E/A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等构成。端1为COMP端ˇ端2为反馈端ˇ端3为电流测定端ˇ端4接Rt、Ct确定锯齿波频率ˇ端5接地ˇ端6为推挽输出端ˇ有拉、灌电流的能力ˇ端7为集成块工作电源电压端ˇ可以工作在8～40Vˇ端8为内部供外用的基准电压5Vˇ带载能力50mA。

具体见图这是一个反激式开关电源原理图，控制芯片即UC3842。这个电源的输出电压等级有三种：5VDC、+12VDC、-12VDC。该电路变换器同样是一个降压型硬开关电路。由单管驱动隔离变压器主绕组，C2、R3可以提供变压器原边泄放通路。输出经整流、滤波送负载。Vcc电源由R2从原边电压Vi提供。Vcc同时也作为辅助反馈绕组的反馈电压。电路振荡器频率由RT、CT决定。按规定，CT接RT/CT与地之间，RT接RT/CT与VREF之间。频率f=1.8/(CTRT)。反馈比较电路信号是从辅助绕组经过VD1、VD2、C3、C4等整流滤波后得到的Vcc分压提取的。C6、R7构信号的有源滤波。 开关管电流被R10取样后，经R9、C7滤波，送ISENSE端，当超过阈值1VDC时，确认过载，关断电源输出。 芯片输出部分由Vout驱动单MOSFET管，C8、VD3对开关管有电压钳位作用。 可以看出，这个电路是个极为典型的普通硬开关电路。UC3842和M51995属于同一类控制芯片。

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