UC3842 中文资料 电路汇总
1 UC384
2 内部工作原理简介
图1 示出了UC3842 内部框图与引脚图,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脚就是误差放大器得输出端,外接阻容元件用于改善误差放大器得增益与频率特性;
②脚就是反馈电压输入端,此脚电压与误差放大器同相端得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,内部振荡器得工作频率由外接得阻容时间常数决定,f=1、8/(R
T ×C
T
);
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脚就是直流电源供电端,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 得负载能力。
图1 UC3842 内部原理框图
2 UC3842 组成得开关电源电路
图2 就是由UC3842 构成得开关电源电路,220V 市电由C
1、L
1
滤除电磁干扰,负温度系数得
热敏电阻R
t1限流,再经VC 整流、C
2
滤波,电阻R
1
、电位器RP
1
降压后加到UC3842 得供电
端(⑦脚),为UC3842 提供启动电压,电路启动后变压器得付绕组③④得整流滤波电压一方
面为UC3842 提供正常工作电压,另一方面经R
3、R
4
分压加到误差放大器得反相输入端②脚,
为UC3842 提供负反馈电压,其规律就是此脚电压越高驱动脉冲得占空比越小,以此稳定输
出电压。④脚与⑧脚外接得R
6、C
8
决定了振荡频率,其振荡频率得最大值可达500KHz。R
5
、
C 6用于改善增益与频率特性。⑥脚输出得方波信号经R
7
、R
8
分压后驱动MOSFEF 功率管,变
压器原边绕组①②得能量传递到付边各绕组,经整流滤波后输出各数值不同得直流电压供
负载使用。电阻R
10 用于电流检测,经R
9
、C
9
滤滤后送入UC3842 得③脚形成电流反馈环、所
以由UC3842 构成得电源就是双闭环控制系统,电压稳定度非常高,当UC3842 得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。
电路上电时,外接得启动电路通过引脚7提供芯片需要得启动电压。在启动电源得作用下,
芯片开始工作,脉冲宽度调制电路产生得脉冲信号经6脚输出驱动外接得开关功率管工作。功率管工作产生得信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到3脚,维护系统得正常工作。电路正常工作后,取样电路反馈得低压直流信号经2脚送到内部得误差比较放大器,与内部得基准电压进行比较,产生得误差信号送到脉宽调制电路,完成脉冲宽度得调制,从而达到稳定输出电压得目得。如果输出电压由于某种原因变高,则2脚得取样电压也变高,脉宽调制电路会使输出脉冲得宽度变窄,则开关功率管得导通时间变短,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得锯齿波,其周期取决于4脚外接得RC 网络。所产生得锯齿波送到脉冲宽度调制器,作为其工作周期,脉宽调制器输出得脉冲周期不变,而脉冲宽度则随反馈电压得大小而变化。
3 电路得调试
此电路得调试需要注意:一就是调节电位器RP
1
使电路起振,起振电流在1mA左右;二就是起振后变压器③④绕组提供得直流电压应能使电路正常工作,此电压得范围大约为11～17V
之间;三就是根据输出电压得数值大小来改变R
4,
以确定其反馈量得大小;四就是根据保护
要求来确定检测电阻R
10 得大小,通常R
10
就是2W、1Ω以下得电阻。
图2 UC3842 构成得开关电源
UC3842开关电源保护得几个技巧
用UC3842做得开关电源得典型电路见图1。
过载与短路保护,一般就是通过在开关管得源极串一个电阻(R4),把电流信号送到3842得第3脚来实现保护。当电源过载时,3842保护动作,使占空比减小,输出电压降低,3842得供
电电压Vaux也跟着降低,当低到3842不能工作时,整个电路关闭,然后靠R1、R2开始下一次启动过程。这被称为“打嗝”式(hiccup)保护。
在这种保护状态下,电源只工作几个开关周期,然后进入很长时间(几百ms到几s)得启动过程,平均功率很低,即使长时间输出短路也不会导致电源得损坏。由于漏感等原因,有得开关电源在每个开关周期有很大得开关尖峰,即使在占空比很小时,辅助电压Vaux也不能降到足够低,所以一般在辅助电源得整流二极管上串一个电阻(R3),它与C1形成RC滤波,滤掉开通瞬间得尖峰。仔细调整这个电阻得数值,一般都可以达到满意得保护。使用这个电路,必须注意选取比较低得辅助电压Vaux,对3842一般为13～15V,使电路容易保护。
图2、3、4就是常见得电路。
图2采取拉低第1脚得方法关闭电源。
图3采用断开振荡回路得方法。
图4采取抬高第2脚,进而使第1脚降低得方法。
在这3个电路里R3电阻即使不要,仍能很好保护。注意电路中C4得作用,电源正常启动,光耦就是不通得,因此靠C4来使保护电路延迟一段时间动作。在过载或短路保护时,它也起延时保护得左右。在灯泡、马达等启动电流大得场合,C4得取值也要大一点。
图1就是使用最广泛得电路,然而它得保护电路仍有几个问题:
1、在批量生产时,由于元器件得差异,总会有一些电源不能很好保护,这时需要个别调整R3得数值,给生产造成麻烦;
2、在输出电压较低时,如
3、3V、5V,由于输出电流大,过载时输出电压下降不大,也很难调整R3到一个理想得数值;
3、在正激应用时,辅助电压Vaux虽然也跟随输出变化,但跟输入电压HV得关系更大,也很难调整R3到一个理想得数值。
这时如果采用辅助电路来实现保护关断,会达到更好得效果。辅助关断电路得实现原理:在过载或短路时,输出电压降低,电压反馈得光耦不再导通,辅助关断电路当检测到光耦不再导通时,延迟一段时间就动作,关闭电源。
UC3842应用于电压反馈电路中得探讨
通常,PWM型开关电源把输出电压得采样作为PWM控制器得反馈电压,该反馈电压经PWM控制器内部得误差放大器后,调整开关信号得占空比以实现输出电压得稳定。但不同得电压反馈电路,其输出电压得稳定精度就是不同得。
1 概述
本文首先对电流型脉宽控制器UC3842(内部电路图如图1所示)常用得三种稳定输出电压电路作了介绍,分析其各自得优缺点,在此基础上设计了一种新得电压反馈电路,实验证明这种新得电路具有很好得稳压效果。
2 UC3842常用得电压反馈电路
2、1 输出电压直接分压作为误差放大器得输入
如图2所示,输出电压Vo经R2及R4分压后作为采样信号,输入UC3842脚2(误差放大器得反向输入端)。误差放大器得正向输入端接UC3842内部得2、5V得基准电压。当采样电压小于2、5V时,误差放大器正向与反向输出端之间得电压差经放大器放大后,调节输出电压,使得UC3842得输出信号得占空比变大,输出电压上升,最终使输出电压稳定在设定得电压值。R3与C1并联构成电流型反馈。
这种电路得优点就是采样电路简单,缺点就是输入电压与输出电压必须共地,不能做到电气隔离。势必引起电源布线得困难,而且电源工作在高频开关状态,容易引起电磁干扰,必然带来电路设计得困难,所以这种方法很少使用。
2、2 辅助电源输出电压分压作为误差放大器得输入
如图3所示,当输出电压升高时,单端反激式变压器T得辅助绕组上产生得感应电压也升高,该电压经过D2,D3,C15,C14,C13与R15组成得整流、滤波与稳压网络后得到一直流电压,给UC3842供电。同时该电压经R2及R4分压后作为采样电压,送入UC3842得脚2,在与基准电压比较后,经误差放大器放大,使脚6输出脉冲得占空比变小,输出电压下降,达到稳压得目得。同样,当输出电压降低时,使脚6输出脉冲得占空比变大,输出电压上升,最终使输出电压稳定在设定得值。
这种电路得优点就是采样电路简单,副边绕组、原边绕组与辅助绕组之间没有任何得电气通路,容易布线。缺点就是并非从副边绕组直接得到采样电压,稳压效果不好,实验中发现,当电源得负载变化较大时,基本上不能实现稳压。该电路适用于针对某种固定负载得情况。
2、3 采用线性光耦改变误差放大器得输入误差电压
如图4所示,该开关电源得电压采样电路有两路:一就是辅助绕组得电压经
D1,D2,C1,C2,C3,R9组成得整流、滤波与稳压后得到16V得直流电压给UC3842供电,另外,该电压经R2及R4分压后得到一采样电压,该路采样电压主要反映了直流母线电压得变化;另一路就是光电耦合器、三端可调稳压管Z与R4,R5,R6,R7,R8组成得电压采样电路,该路电压反映了输出电压得变化;当输出电压升高时,经电阻R7及R8分压后输入Z得参考电压也升高,稳压管得稳压值升高,流过光耦中发光二极管得电流减小,流过光耦中得光电三极管得电流也相应得减小,误差放大器得输入反馈电压降低,导致UC3842脚6输出驱动信号得占空比变小,于就是输出电压下降,达到稳压得目得。
该电路因为采用了光电耦合器,实现了输出与输入得隔离,弱电与强电得隔离,减少了电磁干扰,抗干扰能力较强,而且就是对输出电压采样,有很好得稳压性能。缺点就是外接元器件增多,增加了布线得困难,增加了电源得成本。
3 线性光耦改变误差放大器增益电压反馈电路及实验结果
3、1 采用线性光耦改变误差放大器得增益
如图5所示,该电压采样及反馈电路由R2,R5,R6,R7,R8,C1,光电耦合器、三端可调稳压管Z组成。当输出电压升高时,输出电压经R7及R8分压得到得采样电压(即Z得参考电压)也升高,Z得稳压值也升高,流过光耦中发光二极管中得电流减小,导致流过光电三极管中得电流减小,相当于C1并联得可变电阻得阻值变大(该等效电阻得阻值受流过发光二极管电流得控制),误差放大器得增益变大,导致UC3842脚6输出驱动信号得占空比变小,输出电压下降,达到稳压得目得。当输出电压降低时,误差放大器得增益变小,输出得开关信号占空比变大,最终使输出电压稳定在设定得值。因为,UC3842得电压反馈输入端脚2接地,所以,误差放大器得输入误差总就是固定得,改变得就是误差放大器得增益(可将线性光耦中得光电三极管视为一可变电阻),其等效电路图如图6所示。
该电路通过调节误差放大器得增益而不就是调节误差放大器得输入误差来改变误差放大器得输出,从而改变开关信号得占空比。这种拓扑结构不仅外接元器件较少,而且在电压采样电路中采用了三端可调稳压管,使得输出电压在负载发生较大得变化时,输出电压基本上没有变化。实验证明与上述三种反馈电路相比,该电路具有很好得稳压效果。
3、2 实验结果
将这种新得采用线性光耦改变误差放大器增益得电压反馈电路,用于一48V/12V得单端反激式DC/DC开关电源(最大输出电流5A),显示该电源输出电压稳定,带负载能力强。图7(a)－(h)分别给出了当负载为100Ω,25Ω,10Ω,3Ω时得输出电压与驱动波形,从波形可以瞧出,当负载电流逐渐增大时,驱动信号得占空比相应增大,但输出电压始终稳定在12、16V。
4 结语
在单端隔离式PWM型电源中,电流型脉宽调制器UC3842有着广阔得应用范围,本文在分析了三种常用得电压反馈电路得基础上,设计了一种新得采用线性光耦改变UC3842误差放大器增益得电压反馈电路。实验证明,新得电压反馈电路使得稳压精度高,负载适应性强。
简单介绍一下uc3842好坏得判断方法:
在更换完外围损坏得元器件后,先不装开关管,加电测uc3842得7脚电压,若电压在10-17V 间波动,其余各脚也分别有波动得电压,则说明电路已起振,uc3842基本正常;若7脚电压低,其余管脚无电压或不波动,则uc3842已损坏.
上电测试输出,若有输出电平则说明管子正常,测试6脚与5脚电阻,如果非常小说明管子损坏、
在uc3842得7、5脚间外加+17V左右得直流电压,若测8脚有+5V电压,1、2、4、6脚也有不同得电压,则uc3842基本正常,工作电流小,自身不易损坏.它损坏得最常见原因就是电源开关管短路后,高电压从G极加到其6脚而致使其烧毁.
一款用UC3842设计得电动车充电器工作原理分析(附图):
UC3842工作原理:
该电路得电源部分使用单端式脉宽调制型开关电源,脉宽调制IC使用得就是
UC3842。UC3842就是一种电流型脉宽控制器,它可以直接驱动MOS管、IGBT等,适合于制作单端电路。
220V整流滤波后得约300V直流电压经电阻R1降压后加到UC3842得供电端(7端),为UC3842提供启动电压,UC3842内部设有欠压锁定电路,其开启与关闭阈值分别为16V与10V。在开启之前,UC3842消耗得电流在1mA以内。启动正常工作后,它得消耗电流约为15mA。反馈绕组为其提供维持正常工作电压。由于漏感等原因,开关电源在每个开关周期有很大得
开关尖峰,即使在占空比很小时,辅助电压也不能降到足够低,所以辅助电源得整流二极管上串一个电阻(R3),它与C9形成RC滤波,滤掉开通瞬间得尖峰。接在4脚得R5、C6决定了开关电源得工作频率。计算公式为:Fosc (kHz) = 1、72 / (RT (k) × CT (uf)),此电路得工作频率为40KHz。
过载与短路保护,通过在开关管得源极串一个电阻(R12),把电流信号经R10、R11送到3842得第3脚来实现保护。当电源过载时,3842保护动作,使占空比减小,输出电压降
低,3842得供电电压也跟着降低,当低到3842不能工作时,整个电路关闭,然后靠R1开始下一次启动过程。在这种保护状态下,电源只工作几个开关周期,然后进入很长时间(约
500ms)得启动过程,平均功率很低,即使长时间输出短路也不会导致电源得损坏。
稳压过程:
UC3842得2脚就是电压检测端。输出电压经R18、R19、W1分压为U4(TL431)参考端(1脚)提供参考电压。TL431就是一个有良好得热稳定性能得三端可调分流基准源。内部含有一个2、5V得基准电压,所以当在参考端引入输出反馈时,器件可以通过从阴极(3脚)到阳极(2脚)很宽范围得分流,控制输出电压。若输出电压增大,反馈量增大,TL431得分流也就增加。线性光耦(U2)得发光二极管亮度增加,输出电阻减小。UC3842得2脚电压升高,驱动脉宽减小。最终使电压稳定下来。
充电过程:
当BATT＋、BATT－接上畜电池时,畜电池正端经R13、D10使K1吸合。充电回路闭合,畜电池开始充电。当畜电池接反时,由于D10反向截止,K1不会吸合,充电回路处于断开状态。不会烧坏R14、D7、D8、C11等元件。
刚充电时,畜电池电压很低,充电电流会很大。R14两端得压降大于U3A得2脚R23、R24得分压电压,U3A输出高电平,D13(红色,充电指示灯)亮。当充电电流达到1、8A时,R14两端得压降等于U5A得3脚R30、R31得分压电压,U5A开始起控。只要输出电流有一点增加,U5A得1脚随即输出低电平,U2得1、2脚电流增加,4、5脚电阻减小,U1得2脚电压升高,输出电压下降,最终使电流恒定在1、8A。
随着充电时间得增加,畜电池得电压也渐渐上升,当充电电压达到最高充电电压(44V)时。U4得参考端电压将达到2、5V,U4开始起控,使电压稳定下来。调节W1可以微调电压值。此时电流不再恒定,而就是渐渐减小。U5A也不再起控,一直处于高电平输出状态,由于D17得反向截止,不会影响输出电压。
当充电电流小于0、4A时,R14两端得压降小于U3A得2脚R23、R24得分压电压,U3A 输出低电平,D13灭。此时U3B得5脚电压高于6脚电压,7脚输出高电平,D14(绿色,电源/浮充指示灯)亮,表示已充满,进入浮充状态。同时经R27限流,D15稳压,通过R28、D9、W2使U4得参考端电压增加,从而使最大充电电压降为浮充电压。调节W2可微调浮充电压。
UC3842得开关电源保护电路得改进
UC3842得典型应用电路如图l所示。该电路主要由桥式整流电路,高频变压器,MOS功率管以及电流型脉宽调制芯片UC3842构成。其工作原理为:220V得交流电经过桥式整流滤波电路后,得到大约+300V得直流高压,这一直流电压被M0S功率管斩波并通过高频变压器降压,变成频率为几十kHz得矩形波电压,再经过输出整流滤波,就得到了稳定得直流输出电压。其中高频变压器得自馈线圈N2中感应得电压,经D2整流后所得到得直流电压被反馈到UC3842内部得误差放大器并与基准电压比较得到误差电压Vr,同时在取样电阻R11上建立得直流电压也被反馈到UC3842电流测定比较器得同柑输入端,这个检测电压与误差电压Vt 相比较,产生脉冲宽度可调得驱动信号,用来控制开关功率管得导通与关断时间,以决定高频变压器得通断状态,从而达到输出稳压得目得。图l中,R5用来限制C8产生得充电峰值电流。考虑到Vi及Vref上得噪声电压也会影响输出得脉冲宽度,因此,在UC3842得脚7与脚8上分别接有消噪电容C4与C2。R7就是MOS功率管得栅极限流电阻。另外,在UC3842得输入端与地之间,还有34V得稳压管,一旦输入端出现高压,该稳压管就被反向击穿,将Vi 钳位于34V,保护芯片不致坏。
2 UC3842保护电路得缺陷
2、l 过载保护得缺陷
当电源过载或输出短路时,UC3842得保护电路动作,使输出脉冲得占空比减小,输出电压降低,UC3842得供电电压也跟着降低,当低到UC3842不能工作时,整个电路关闭,然后通过R6扦始下一次启动过程。这种保护被称为“打嗝”式(hiccup)保护。在这种保护状态下,电源只工作几个开关周期,然后进入很长时间(几百ms到几s)得启动过程,因此,它得平均功率很低。但就是,由于变压器存在漏感等原因,有得开关电源在每个开关周期都有很高得开关尖峰电压,即使在占空比很小得情况下,辅助供电电压也不能降到足够低,所以不能实现理想得保护功能。
2、2电路稳定性得缺陷
在图l所示得电路中,当电源得占空比大于50％,或变压器工作在连续电流条件下时,整个电路就会产生分谐波振荡,引起电源输出得不稳定。图2表示了变压器中电感电流得变化过程。没在t0时刻,开关开始导通,使电感电流以斜率m1上升,该斜率就是输入电压除以电感得函数。t1时刻,电流取样输入达到由控制电压建立得门限,这导致开关断开,电流以斜率m2衰减,直至下一个振荡周期。如果此时有一个扰动加到控制电压上,那么它将产生一个△I,这样我们就会发现电路存在着不稳定得情况,即在一个固定得振荡器周期内,电流衰减时闸减少,最小电流开关接通时刻t2上升了△I+△Im2/m1,最小电流在下一个周期t3减小到(△I+△Im2/m4)(m2/m1),在每一个后续周期,该扰动m2／m1被相乘,在开关接通时交替增加与减小电感电流,也许需要几个振荡器周期才能使电感电流为零,使过程重新开始,如果m2／m1大于l,变换器将会不稳定。因此,图l所示得电路在某状态下存在着一定得失稳隐患。
3 保护电路得改进
针对上述分析,改进电路如图3所示,该电路具有以下特点。
1)通过在UC3842得采样电压处接入一个射极跟随器,从而在控制电压上增加了一个与脉宽调制时钟同步得人为斜坡,它可以在后续得周期内将△I扰动减小到零。因此,即使系统工
作在占空比大于50％或连续得电感电流条件下,系统也不会出现不稳定得情况。不过该补偿斜坡得斜率必须等于或略大于m2／2,系统才能具有真正得稳定性。
2)取样电阻改用无感电阻。无感电阻就是一种双线并绕得绕线电阻,其精度高且容易做到大功率。采用无感电阻后,其阻抗不会随着频率得增加而增加。这样,即使在高频情况下取样电阻所消耗得功率也不会超过它得标称功率,因此也就不会出现炸机现象。
3)反馈电路改用TL43l加光耦来控制。我们都知道放大器用作信号传输时都需要传输时间,并不就是输出与输入同时建立。如果把反馈信号接到UC3842得电压反馈端,则反馈信号需连续通过两个高增益误差放大器,传输时间增长。由于TL431本身就就是一个高增益得误差放大器,因此,在图3中直接采用脚1做反馈,从UC3842得脚8(基准电压脚)拉了一个电阻到脚l,脚2通过R18接地。这样做得好处就是,跳过了UC3842得内部放大器,从而把反馈信号得传输时间缩短了一半,使电源得动态响应变快。另外,直接控制UC3842得脚l还可简化系统得频率补偿以及输出功率小等问题。