2008/11/20 02:55
電流控制型脈寬調變器uc3842工作原理及應用
uc3842是美國unitrode公司(該公司現已被ti公司收購)生產的一種高效能單端輸出式電流控制型脈寬調變器晶元，可直接驅動雙極型電晶體、mosfef 和igbt 等功率型半導體器件，具有管腳數量少、外圍電路簡單、安裝除錯簡便、效能優良等諸多優點，廣泛應用於計算機、顯示器等系統電路中作開關電源驅動器件。
1 uc384
2 內部工作原理簡介
圖1 示出了uc3842 內部框圖和引腳圖，uc3842 採用固定工作頻率脈衝寬度可控調製方式，共有8 個引腳，各腳功能如下：
①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用於改善誤差放大器的增益和頻率特性；
②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，產生誤差電壓，從而控制脈衝寬度；
③腳為電流檢測輸入端，當檢測電壓超過1v時縮小脈衝寬度使電源處於間歇工作狀態；
④腳為定時端，內部振盪器的工作頻率由外接的阻容時間常數決定，f=1.8/(r t×c t)；
⑤腳為公共地端；
⑥腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上公升、下降時間僅為50ns 驅動能力為±1a ；
⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，晶元功耗為15mw；
⑧腳為5v 基準電壓輸出端，有50ma 的負載能力。
圖1 uc3842 內部原理框圖
2 uc3842 組成的開關電源電路
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，負溫度係數的熱敏電阻r t1限流，再經vc 整流、c2濾波，電阻r1、電位器rp1降壓後加到uc3842 的供電端（⑦腳），為uc3842 提供啟動電壓，電路啟動後變壓器的付繞組③④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r3、r4 分壓加到誤差放大器的反相輸入端②腳，為uc3842 提供負反饋電壓，其規律是此腳電壓越高驅動脈衝的占空比越小，以此穩定輸出電壓。④腳和⑧腳外接的r6、c8 決定了振盪頻率，其振盪頻率的最大值可達500khz。r5、c6用於改善增益和頻率特性。
⑥腳輸出的方波訊號經r7、r8 分壓後驅動mosfef 功率管，變壓器原邊繞組①②的能量傳遞到付邊各繞組，經整流濾波後輸出各數值不同的直流電壓供負載使用。電阻r10 用於電流檢測，經r9、c9 濾濾後送入uc3842 的③腳形成電流反饋環. 所以由uc3842 構成的電源是雙閉環控制系統，電壓穩定度非常高，當uc3842 的③腳電壓高於1v 時振盪器停振，保護功率管不至於過流而損壞。
圖2 uc3842 構成的開關電源
3 電路的除錯
此電路的除錯需要注意：一是調節電位器rp1使電路起振，起振電流在1ma左右；二是起振後變壓器③④繞組提供的直流電壓應能使電路正常工作，此電壓的範圍大約為11～17v 之間；三是根據輸出電壓的數值大小來改變r4，以確定其反饋量的大小；四是根據保護要求來確定檢測電阻r10 的大小，通常r10 是2w、1ω以下的電阻。
電流控制型脈寬調變器uc3842在開關電源中的應用
開關穩壓電源被譽為「新型高效節能電源」，它代表著穩壓電源的發展方向。由於內部器件工作在高頻開關狀態，因此本身消耗的能量極低，電源效率可以達到80%以上，比串連調整線性穩壓電源的效率提高近一倍。隨著電源技術的飛速發展，開關穩壓電源正朝著小型化、高頻化、整合化的方向發展，高效率的開關穩壓電源已得到越來越廣泛的應用。
本文首先概述開關穩壓電源的基本工作原理，接著介紹電流型脈寬調變器uc3842晶元，著重論述了uc3842在開關穩壓電源中的應用，並以乙個實際應用例項分析了電源電路的構成和引數計算。
開關電源的基本工作原理
相對於線性穩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，它由調整管、濾波電路、比較器、三角波發生器、比較放大器和基準源等構成。
在圖1中，三角波發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。當三角波的幅度小於比較器的同相輸入時，比較器輸出高電平，對應調整管導通的時間為ton。反之，當三角波的幅度大於比較器的同相輸入時，對應調整管的截至時間為toff。
為了穩定電壓輸出，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絡。假設輸出電壓增加，則fvo增加，比較放大器的輸出vf減小，那麼比較器的輸出波形中toff增加，從而使調整管的導通時間減小，輸出電壓下降，起到穩壓的作用。如果忽略電感的直流電阻，那麼輸出電壓vo 為調整管發射極電壓ve的平均分量，於是有：
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公司生產的一種效能優良的電流控制型脈寬調變晶元。該調製器單端
輸出，能直接驅動雙極型的功率管或場效電晶體。其主要優點是管腳數量少，外圍電路簡單，電壓調整率可達0.01%，工作頻率高達500khz，啟動電流小於1ma，正常工作電流為5ma，並可利用高頻變壓器實現與電網的隔離。
該晶元整合了振盪器、具有溫度補償的高增益誤差放大器、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。其內部結構及基本外圍電路如圖2所示。
圖2 uc3842的內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，將取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，產生誤差電壓，控制脈衝的寬度。
第3腳為電流感測端，在功率管的源極串接乙個小阻值的取樣電阻，構成過流保護電路。當電源電壓異常時，功率管的電流增大，當取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腳為鋸齒振盪器外部定時電阻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，當上面的三極體截止的時候下面的三極體導通，為功率管關斷時提供了低阻抗的反向抽取電流迴路，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乙個不低於16v的電壓，晶元工作後，
輸入電壓可以在10～30v之間波動，低於10v時停止工作。
第8腳為內部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提供晶元需要的啟動電壓。在啟動電源的作用下，晶元開始工作，脈衝寬度調製電路產生的脈衝訊號經6腳輸出驅動外接的開關功率管工作。功率管工作產生的訊號經取樣電路轉換為低壓直流訊號反饋到3腳，維護系統的正常工作。
電路正常工作後，取樣電路反饋的低壓直流訊號經2腳送到內部的誤差比較放大器，與內部的基準電壓進行比較，產生的誤差訊號送到脈寬調變電路，完成脈衝寬度的調製，從而達到穩定輸出電壓的目的。如果輸出電壓由於某種原因變高，則2腳的取樣電壓也變高，脈寬調變電路會使輸出脈衝的寬度變窄，則開關功率管的導通時間變短，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩定，反之亦然。鋸齒波振盪電路產生週期性的鋸齒波，其週期取決於4腳外接的rc網路。
所產生的鋸齒波送到脈衝寬度調製器，作為其工作週期，脈寬調變器輸出的脈衝週期不變，而脈衝寬度則隨反饋電壓的大小而變化。
實際應用電路
圖3 開關穩壓電源系統總體框圖
根據uc3842的特點，設計乙個30～36v可調的開關型穩壓電源，其總體結構框圖如圖3所示。交流輸入後通過整流濾波得到直流電壓，經過lm317後獲得16.5v的直流電壓，作為uc3842晶元的啟動電壓。
晶元啟動後通過脈寬調變控制功率管的開關從而實現穩壓輸出。控制電路的核心是uc3842，其後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。這裡可以選用irf540，其耐壓值高達100v，額定電流可以達到33a。
高頻變壓器的公升壓係數為1.2，採用雙橋間距為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，先通過二極體整理，再通過3個50v/3300μf的電解電容，和由乙個33μh電感和2
個104的電容構成∏型濾波器進行濾波後輸出。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，其內部的振盪頻率最高可達500khz。在本系統中rt和ct分別選用了10kω和0.
045μf，根據公式：
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腳處接上乙個10kω的電位器，通過調節電位器的阻值改變反饋電壓，使脈寬的占空比發生變化，從而可以實現輸出電壓30～36v的連續可調製化。
結語利用uc3842設計的電流制型脈寬調變開關穩壓電源，克服了電壓控制型脈寬調變開關穩壓電源頻響慢、電壓調整率和負載調整率低的缺點，電路結構簡單，成本低、體積小、易實現。該穩壓電源是目前實用和理想的穩壓電源，具有很大的發展前景。
UC3842工作原理
下圖為uc3842內部框圖和引腳圖，uc3842採用固定工作頻率脈衝寬度可控調製方式，共有8個引腳，各腳功能如下 腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用於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，產生誤差電壓，從而控制脈衝寬度 腳為電流...
UC3842的工作原理及3842在開關電源中的應用
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UC3842開關電源保護的幾個技巧
用uc3842做的開關電源的典型電路見圖1。過載和短路保護，一般是通過在開關管的源極串乙個電阻 r4 把電流訊號送到3842的第3腳來實現保護。當電源過載時，3842保護動作，使占空比減小，輸出電壓降低，3842的供電電壓vaux也跟著降低，當低到3842不能工作時，整個電路關閉，然後靠r1 r2開...