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1 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點 UC3842是美國Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。 UC3842為8腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖1所示。主要由5.0V基準(zhǔn)電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測定比較器、PWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅(qū)動功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。端1為COMP端；端2為反饋端；端3為電流測定端；端4接Rt、Ct確定鋸齒波頻率；端5接地；端6為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端7為集成塊工作電源電壓端，可以工作在8～40V；端8為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓5V，帶載能力50mA。 2 電路結(jié)構(gòu)與工作原理 圖2所示為筆者在實際工作中使用的電路圖。輸入電壓為24V直流電。三路直流輸出，分別為+5V/4A，+12V/0.3A和-12V/0.3A。所有的二極管都采用快速反應(yīng)二極管，核心PWM器件采用UC3842。開關(guān)管采用快速大功率場效應(yīng)管。 2.1 啟動過程 首先由電源通過啟動電阻R?1提供電流給電容C2充電，當(dāng)C2電壓達(dá)到UC3842的啟動電壓門檻值16V時，UC3842開始工作并提供驅(qū)動脈沖，由6端輸出推動開關(guān)管工作，輸出信號為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場效應(yīng)管導(dǎo)通，電流通過變壓器原邊，同時把能量儲存在變壓器中。根據(jù)同名端標(biāo)識情況，此時變壓器各路副邊沒有能量輸出。當(dāng)6腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時，場效應(yīng)管截止，根據(jù)楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產(chǎn)生下正上負(fù)的感生電動勢，此時副邊各路二極管導(dǎo)通，向外提供能量。同時反饋線圈向UC3842供電。UC3842內(nèi)部設(shè)有欠壓鎖定電路，其開啟和關(guān)閉閾值分別為16V和10V，如圖3所示。在開啟之前，UC3842消耗的電流在1mA以內(nèi)。電源電壓接通之后，當(dāng)7端電壓升至16V時UC3842開始工作，啟動正常工作后，它的消耗電流約為15mA。因為UC3842的啟動電流在1mA以內(nèi)，設(shè)計時參照這些參數(shù)選取R1，所以在R1上的功耗很小。 當(dāng)然，若VCC端電壓較小時，在R1上的壓降很小，全部供電工作都可由R1降壓后來完成。但是，通常情況下，VCC端電壓都比較大，這樣完全通過R1來提供正常工作電壓就會使R1自身功耗太大，對整個電源來說效率太低。一般來說，隨著UC3842的啟動，R1的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓來為UC3842供電。故R1的功率不必選得很大，1W、2W就足夠了。筆者認(rèn)為，雖然理論上UC3842啟動電流在1mA以內(nèi)，但實際應(yīng)用時，按1.6～2.0mA設(shè)計則工作比較便利。即當(dāng)VCC端電壓為U伏時 2.2 穩(wěn)壓過程 從圖2中可知，當(dāng)場效應(yīng)管導(dǎo)通時，整流電壓加在變壓器T初級繞組Np上的電能變成磁能儲存在變壓器中，在場效應(yīng)管導(dǎo)通結(jié)束時，Np繞組中電流達(dá)到最大值Ipmax，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律： 式中：E——整流電壓；Lp——變壓器初級繞組電感；Ton——場效應(yīng)管導(dǎo)通時間。 在場效應(yīng)管關(guān)閉瞬間，變壓器次級繞組放電電流為最大值Ismax，若忽略各種損耗應(yīng)為： 式中：n——變壓器變比，n=Np/Ns，Np、Ns為變壓器初、次級繞組匝數(shù)。 高頻變壓器在場效應(yīng)管導(dǎo)通期間初級繞組儲存的能量與場效應(yīng)管關(guān)閉期間次級繞組釋放的能量相等： 式中：Ls——變壓器次級繞組電感；Uo——輸出電壓；Toff——場效應(yīng)管關(guān)閉時間。 上式說明，輸出電壓Uo與Ton成正比，與匝比n及Toff成反比。比如，由于電源電壓變化或負(fù)載變化而引起輸出電壓降低時，反饋線圈的輸出電壓則會變低，從而使2端電壓變低，則脈寬調(diào)制器會相應(yīng)的增大輸出PWM波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時間變長；反之，當(dāng)電源電壓變化或負(fù)載變化而引起輸出電壓升高時，則脈寬調(diào)制器會相應(yīng)的減小PWM輸出脈沖波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時間變短，從而維持輸出電壓為一恒定值。 UC3842為固定工作頻率脈寬調(diào)制方式，輸出電壓或負(fù)載變化時僅調(diào)整占空比，控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通時間。反饋電壓輸入2腳，此腳電壓與內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制電壓，從而控制脈沖寬度；輸出脈沖的頻率由4腳外接定時電阻Rt及定時電容Ct決定，fRt的單位取kΩ，Ct取μF。3腳為電感電流傳感器端，當(dāng)取樣超過1V時，縮小導(dǎo)通脈寬，使電源處于間隙工作狀態(tài)；6腳，輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅50ns，驅(qū)動能力為±1A；7腳，供電輸入，起振后工作電壓為10～13V，低于10V停止工作，功耗為15mW；8腳，內(nèi)部基準(zhǔn)5V(50mA)。 2.3 過流保護(hù)原理 當(dāng)負(fù)載電流超過額定值或短路時，場效應(yīng)管電流增加，R9上的電壓反饋至3腳(電壓大于1V)，通過內(nèi)部電流放大器使導(dǎo)通寬度變窄，輸出電壓下降，直至使UC3842停止工作，沒有觸發(fā)脈沖輸出，使場效應(yīng)管截止，達(dá)到保護(hù)功率管的目的。短路現(xiàn)象消失后，電源自動恢復(fù)正常工作。 2.4 過壓保護(hù)原理 當(dāng)因某種原因使輸出電壓過高時，由反饋繞組形成的電壓也高，從而使2腳的電壓過高，內(nèi)部保護(hù)電路起動，使6腳輸出脈沖高電平時間變短，或不輸出高電平使開關(guān)管截止。 2.5 開關(guān)管保護(hù)電路 由D3、R10、C1及R11、C14、D4構(gòu)成，消除由變壓器漏感產(chǎn)生的反峰電壓，從而使開關(guān)工作電壓不至于太高而毀壞。 3 設(shè)計中的注意事項 3.1 起動電路的設(shè)計 電路如圖4所示，電容C2儲存的能量要能滿足電源開始正常 工作的需要，使得UC3842第7腳有穩(wěn)定、充足的輸入供給。即電容C2的放電時間要大于UC3 842輸出脈沖的高電平持續(xù)時間。否則，電源將出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。因此，電容C2的容量和 質(zhì)量的選取非常重要。筆者在實際設(shè)計過程中，C2曾用100μF鋁電解電容，經(jīng)常發(fā)現(xiàn) 電源打嗝；測量反饋端電壓，總是太低，以至于反饋端的整流二極管都沒有工作，說明反饋 端電壓幅度不夠。原因在于C2容量不夠，不能提供足夠的能量來使UC3842充分工作，因此 ，容量最好在100μF以上。 3.2 反饋繞組的設(shè)計 當(dāng)UC3842啟動后，若反饋繞組不能提供足夠的UF，電路就會不停地起動 ，出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。另外，根據(jù)筆者的經(jīng)驗，若UF大于17.5V時， 也會引起UC3842工作異常，導(dǎo)致輸出脈沖占空比變小，輸出電壓變低。故而反饋繞組匝數(shù)的 選取及其纏繞是非常重要的，一般可按13～15V設(shè)計，使UC3842正常工作時，7腳的電壓維持 在13V左右。 4 結(jié)束語 UC3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。假如由于某種原因使輸出電壓升高時，脈 寬調(diào)制器就會改變驅(qū)動信號的脈沖寬度，亦即占空比D，使斬波后的平均 值電壓下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的，反之亦然。UC3842可以直接驅(qū)動MOS管、IGBT等，適合于 制作20～80W小功率開關(guān)電源。由于器件設(shè)計巧妙，由主電源電壓直接啟動，構(gòu)成電路所需 元件少，非常符合電路設(shè)計中“簡潔至上”的原則。 |
