UC3842的工作原理及 3842在开关电源中的应用
电流控制型脉宽调制器 UC3842工作原理及应用
UC3842 是美国 Unitrode公司(该公司现已被 TI公司收购)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,可直接驱动双极型晶体管、MOSFEF 和 IGBT 等
功率型半导体器件,具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良等
诸多优点,广泛应用于计算机、显示器等系统电路中作开关电源驱动器件。
1、UC3842 内部工作原理简介
图 1 示出了 UC3842 内部框图和引脚图,UC3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控
调制方式,共有 8 个引脚,各脚功能如下:
①脚是误差放大器的输出端,外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性;
②脚是反馈电压输入端,此脚电压与误差放大器同相端的 2.5V 基准电压进行比较,
产生误差电压,从而控制脉冲宽度;
③脚为电流检测输入端, 当检测电压超过 1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作
状态;
④脚为定时端,内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定,f=1.8/(RT×
CT);
⑤脚为公共地端;
⑥脚为推挽输出端,内部为图腾柱式,上升、下降时间仅为 50ns 驱动能力为±1A ;
⑦脚是直流电源供电端,具有欠、过压锁定功能,芯片功耗为 15mW;
⑧脚为 5V 基准电压输出端,有 50mA 的负载能力。
图 1 UC3842 内部原理框图
2、UC3842 组成的开关电源电路
图 2 是由 UC3842 构成的开关电源电路,220V 市电由 C1、L1 滤除电磁干扰,负
温度系数的热敏电阻 Rt1 限流,再经 VC 整流、C2 滤波,电阻 R1、电位器 RP1 降
压后加到 UC3842 的供电端(⑦脚),为 UC3842 提供启动电压,电路启动后变压
器的付绕组③④的整流滤波电压一方面为 UC3842 提供正常工作电压,另一方面经
R3、R4 分压加到误差放大器的反相输入端②脚,为 UC3842 提供负反馈电压,其
规律是此脚电压越高驱动脉冲的占空比越小,以此稳定输出电压。④脚和⑧脚外接
的 R6、C8 决定了振荡频率,其振荡频率的最大值可达 500KHz。R5、C6用于改善
增益和频率特性。⑥脚输出的方波信号经 R7、R8 分压后驱动 MOSFEF 功率管,
变压器原边绕组①②的能量传递到付边各绕组,经整流滤波后输出各数值不同的直
流电压供负载使用。电阻 R10 用于电流检测,经 R9、C9 滤滤后送入 UC3842 的
③脚形成电流反馈环. 所以由 UC3842 构成的电源是双闭环控制系统,电压稳定度
非常高,当 UC3842 的③脚电压高于 1V 时振荡器停振,保护功率管不至于过流而
损坏。
图 2 UC3842 构成的开关电源
3、电路的调试
此电路的调试需要注意:一是调节电位器 RP1使电路起振,起振电流在 1mA左右;
二是起振后变压器③④绕组提供的直流电压应能使电路正常工作,此电压的范围大
约为 11~17V 之间;三是根据输出电压的数值大小来改变 R4,以确定其反馈量的
大小;四是根据保护要求来确定检测电阻 R10 的大小,通常 R10 是 2W、1Ω以下
的电阻。
电流控制型脉宽调制器 UC3842在开关电源中的应用
开关稳压电源被誉为“新型高效节能电源”,它代
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
着稳压电源的发展方向。由于内
部器件工作在高频开关状态,因此本身消耗的能量极低,电源效率可以达到 80%以
上,比串连调整线性稳压电源的效率提高近一倍。随着电源技术的飞速发展,开关
稳压电源正朝着小型化、高频化、集成化的方向发展,高效率的开关稳压电源已得
到越来越广泛的应用。本文首先概述开关稳压电源的基本工作原理,接着介绍电流
型脉宽调制器 UC3842 芯片,着重论述了 UC3842 在开关稳压电源中的应用,并以
一个实际应用实例分析了电源电路的构成和参数计算。
开关电源的基本工作原理
相对于线性稳压电源功耗较大的缺点,开关电源的效率可达 90%以上,而且造价低、
体积小。开关电源的工作原理如图 1所示,它由调整管、滤波电路、比较器、三角
波发生器、比较放大器和基准源等构成。
在图 1中,三角波发生器的输出波形加到比较器的反相端,其同相端接比较放大器
的输出 Vf。当三角波的幅度小于比较器的同相输入时,比较器输出高电平,对应调
整管导通的时间为 ton。反之,当三角波的幅度大于比较器的同相输入时,对应调
整管的截至时间为 toff。为了稳定电压输出,按电压负反馈方式引入反馈,以确定
基准源和比较放大器之间的联系。假设输出电压增加,则 FVo增加,比较放大器的
输出 Vf减小,那么比较器的输出波形中 toff增加,从而使调整管的导通时间减小,
输出电压下降,起到稳压的作用。如果忽略电感的直流电阻,那么输出电压 Vo 为
调整管发射极电压 Ve的平均分量,于是有:
其中,q 为占空比。在输入电压一定的时候,输出电压与占空比正比,通过改变比
较器输出波形的占空比就可以控制输出电压的幅值。
图 1 开关电源的工作原理
UC3842的工作原理
UC3842 是美国 Unitorde 公司生产的一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。该
调制器单端输出,能直接驱动双极型的功率管或场效应管。其主要优点是管脚数量
少,外围电路简单,电压调整率可达 0.01%,工作频率高达 500kHz,启动电流小于
1mA,正常工作电流为 5mA,并可利用高频变压器实现与电网的隔离。该芯片集成
了振荡器、具有温度补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电路、
输入和基准欠电压锁定电路以及 PWM 锁存器电路。其内部结构及基本外围电路如
图 2所示。
图 2 UC3842的内部结构及基本外围电路
UC3842是 8脚的双列直插的封装形式。如图 2所示:
第 1脚为补偿脚,内部误差放大器的输出端,外接阻容元件以确定误差放大器的增
益和频响。
第 2脚是反馈脚,将采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,控制脉冲的宽度。
第 3脚为电流传感端,在功率管的源极串接一个小阻值的采样电阻,构成过流保护
电路。当电源电压异常时,功率管的电流增大,当采样电阻上的电压超过 1V 时,
UC3842就停止输出,有效地保护了功率管。
第 4脚为锯齿振荡器外部定时电阻 R与定时电容 C的公共端。
第 5脚为地。
第 6脚为图腾柱式输出电压,当上面的三极管截止的时候下面的三极管导通,为功
率管关断时提供了低阻抗的反向抽取电流回路,加速了功率管的关断。
第 7脚为输入电压,开关电源启动的时候需要在该引脚加一个不低于 16V的电压,
芯片工作后,输入电压可以在 10~30V之间波动,低于 10V时停止工作。
第 8脚为内部 5.0V的基准电压输出,电流可达 50mA。
电路上电时,外接的启动电路通过引脚 7提供芯片需要的启动电压。在启动电源的
作用下,芯片开始工作,脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号经 6脚输出驱动外接的
开关功率管工作。功率管工作产生的信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到 3
脚,维护系统的正常工作。电路正常工作后,取样电路反馈的低压直流信号经 2脚
送到内部的误差比较放大器,与内部的基准电压进行比较,产生的误差信号送到脉
宽调制电路,完成脉冲宽度的调制,从而达到稳定输出电压的目的。如果输出电压
由于某种原因变高,则 2脚的取样电压也变高,脉宽调制电路会使输出脉冲的宽度
变窄,则开关功率管的导通时间变短,输出电压变低,从而使输出电压稳定,反之
亦然。锯齿波振荡电路产生周期性的锯齿波,其周期取决于 4 脚外接的 RC 网络。
所产生的锯齿波送到脉冲宽度调制器,作为其工作周期,脉宽调制器输出的脉冲周
期不变,而脉冲宽度则随反馈电压的大小而变化。实际应用电路
图 3 开关稳压电源系统总体框图
根据 UC3842的特点,设计一个 30~36V可调的开关型稳压电源,其总体结构框图
如图 3所示。
交流输入后通过整流滤波得到直流电压,经过 LM317后获得 16.5V的直流电压,作
为 UC3842 芯片的启动电压。芯片启动后通过脉宽调制控制功率管的开关从而实现
稳压输出。控制电路的核心是 UC3842,其后级的高速开关功率管要求满足一定的
耐压值和足够大的额定电流。这里可以选用 IRF540,其耐压值高达 100V,额定电
流可以达到 33A。高频变压器的升压系数为 1.2,采用双桥间距为 0.3mm的铁氧铁
芯,由直径 0.65mm 的铜丝绕制而成。高频变压器出来的脉动直流电压,先通过二
极管整理,再通过 3个 50V/3300μF的电解电容,和由一个 33μH电感和 2个 104
的电容构成∏型滤波器进行滤波后输出。其 UC3842的核心电路如图 4所示。
图 4 UC3842的核心电路图
如图 4所示,UC3842的工作频率由 4脚和 8脚间的 RT和 CT决定的。理论上,其
内部的振荡频率最高可达 500kHz。在本系统中 RT和 CT分别选用了 10kΩ和 0.045
μF,根据公式:
可以计算得其工作频率约为 40kHz,符合开关电源的要求。在 UC3842的 2 脚处接
上一个 10kΩ的电位器,通过调节电位器的阻值改变反馈电压,使脉宽的占空比发
生变化,从而可以实现输出电压 30~36V的连续可调变化。
结束语:
利用 UC3842 设计的电流制型脉宽调制开关稳压电源,克服了电压控制型脉宽调制
开关稳压电源频响慢、电压调整率和负载调整率低的缺点,电路结构简单,成本低、
体积小、易实现。该稳压电源是目前实用和理想的稳压电源,具有很大的发展前景。