[導讀]介紹電流控制型脈寬調制器UC3842的原理及特性，并討論其在設計中應注意的問題。
關鍵詞：脈寬調制；電流控制；開關電源A Design of Switch Power with UC3842HU Junchen(Dept. of Automatic Control, Liaoning
介紹電流控制型脈寬調制器UC3842的原理及特性，并討論其在設計中應注意的問題。
關鍵詞：脈寬調制；電流控制；開關電源
A Design of Switch Power with UC3842
HU Junchen
(Dept. of Automatic Control, Liaoning Institute of Science and Techno logy,
Benxi 117022, China)
Benxi 117022, China)
Key words: PWM(pulse-width modulation); current mode controller ; switch power
筆者最近設計了由UC3842組成的DC-DC轉換器，總的框架采用參考文獻中現(xiàn)成的電路。但由于輸入電壓和工作頻率不同，重新設計了電路參數(shù)。?
UC3842是美國Unitrode公司生產的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調制器芯片。
UC3842為8腳雙列直插式封裝，其內部原理框圖如圖1所示。主要由5.0V基準電壓源、用來精確地控制占空比調定的振蕩器、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動功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等構成。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為內部供外用的基準電壓5V，帶載能力50mA。
UC3842為8腳雙列直插式封裝，其內部原理框圖如圖1所示。主要由5.0V基準電壓源、用來精確地控制占空比調定的振蕩器、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動功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等構成。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為內部供外用的基準電壓5V，帶載能力50mA。
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C2電壓達到UC3842的啟動電壓門檻值16V時，UC3842開始工作并提供驅動脈沖，由6端輸出推動開關管工作，輸出信號為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場效應管導通，電流通過變壓器原邊，同時把能量儲存在變壓器中。根據同名端標識情況，此時變壓器各路副邊沒有能量輸出。當6腳輸出的高電平脈沖結束時，場效應管截止，根據楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產生下正上負的感生電動勢，此時副邊各路二極管導通，向外提供能量。同時反饋線圈向UC3842供電。UC3842內部設有欠壓鎖定電路，其開啟和關閉閾值分別為16V和10V，如圖3所示。在開啟之前，UC3842消耗的電流在1mA以內。電源電壓接通之后，當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，設計時參照這些參數(shù)選取R1，所以在R1上的功耗很小。
首先由電源通過啟動電阻R?1提供電流給電容C2充電，當C2電壓達到UC3842的啟動電壓門檻值16V時，UC3842開始工作并提供驅動脈沖，由6端輸出推動開關管工作，輸出信號為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場效應管導通，電流通過變壓器原邊，同時把能量儲存在變壓器中。根據同名端標識情況，此時變壓器各路副邊沒有能量輸出。當6腳輸出的高電平脈沖結束時，場效應管截止，根據楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產生下正上負的感生電動勢，此時副邊各路二極管導通，向外提供能量。同時反饋線圈向UC3842供電。UC3842內部設有欠壓鎖定電路，其開啟和關閉閾值分別為16V和10V，如圖3所示。在開啟之前，UC3842消耗的電流在1mA以內。電源電壓接通之后，當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，設計時參照這些參數(shù)選取R1，所以在R1上的功耗很小。
2.2穩(wěn)壓過程
從圖2中可知，當場效應管導通時，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，在場效應管導通結束時，Np繞組中電流達到最大值Ipmax，根據法拉第電磁感應定律：
式中：E——整流電壓；Lp——變壓器初級繞組電感；Ton——場效應管導通時間。
在場效應管關閉瞬間，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管導通期間初級繞組儲存的能量與場效應管關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——場效應管關閉時間。
? [!--empirenews.page--]
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，則脈寬調制器會相應的增大輸出PWM波形的占空比，使大功率晶體管導通的時間變長；反之，當電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓升高時，則脈寬調制器會相應的減小PWM輸出脈沖波形的占空比，使大功率晶體管導通的時間變短，從而維持輸出電壓為一恒定值。
UC3842為固定工作頻率脈寬調制方式，輸出電壓或負載變化時僅調整占空比，控制場效應管的導通時間。反饋電壓輸入2腳，此腳電壓與內部2.5V基準進行比較，產生控制電壓，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，f
Rt的單位取kΩ，Ct取μF。3腳為電感電流傳感器端，當取樣超過1V時，縮小導通脈寬，使電源處于間隙工作狀態(tài)；6腳，輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時間僅50ns，驅動能力為±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，內部基準5V(50mA)。
2.3過流保護原理
當負載電流超過額定值或短路時，場效應管電流增加，R9上的電壓反饋至3腳(電壓大于1V)，通過內部電流放大器使導通寬度變窄，輸出電壓下降，直至使UC3842停止工作，沒有觸發(fā)脈沖輸出，使場效應管截止，達到保護功率管的目的。短路現(xiàn)象消失后，電源自動恢復正常工作。
2.4過壓保護原理
當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，內部保護電路起動，使6腳輸出脈沖高電平時間變短，或不輸出高電平使開關管截止。
2.5開關管保護電路
由D3、R10、C1及R11、C14、D4構成，消除由變壓器漏感產生的反峰電壓，從而使開關工作電壓不至于太高而毀壞。
3.1起動電路的設計
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 質量的選取非常重要。筆者在實際設計過程中，C2曾用100μF鋁電解電容，經常發(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反饋繞組的設計
當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，根據筆者的經驗，若UF大于17.5V時， 也會引起UC3842工作異常，導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設計，使UC3842正常工作時，7腳的電壓維持 在13V左右。
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 質量的選取非常重要。筆者在實際設計過程中，C2曾用100μF鋁電解電容，經常發(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反饋繞組的設計
當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，根據筆者的經驗，若UF大于17.5V時， 也會引起UC3842工作異常，導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設計，使UC3842正常工作時，7腳的電壓維持 在13V左右。
UC3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調制器。假如由于某種原因使輸出電壓升高時，脈 寬調制器就會改變驅動信號的脈沖寬度，亦即占空比D，使斬波后的平均 值電壓下降，從而達到穩(wěn)壓目的，反之亦然。UC3842可以直接驅動MOS管、IGBT等，適合于 制作20～80W小功率開關電源。由于器件設計巧妙，由主電源電壓直接啟動，構成電路所需 元件少，非常符合電路設計中“簡潔至上”的原則。
下載文檔
