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1 UC3842的內部結構和特點(diǎn) 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(lái)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(dòng)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 電路結構與工作原理 圖2所示為筆者在實(shí)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二極管，核心PWM器件采用UC3842。開(kāi)關(guān)管采用快速大功率場(chǎng)效應管。 2.1 啟動(dòng)過(guò)程 首先由電源通過(guò)啟動(dòng)電阻R?1提供電流給電容C2充電，當C2電壓達到UC3842的啟動(dòng)電壓門(mén)檻值16V時(shí)，UC3842開(kāi)始工作并提供驅動(dòng)脈沖，由6端輸出推動(dòng)開(kāi)關(guān)管工作，輸出信號為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場(chǎng)效應管導通，電流通過(guò)變壓器原邊，同時(shí)把能量?jì)Υ嬖谧儔浩髦�。根據同名端標識情況，此時(shí)變壓器各路副邊沒(méi)有能量輸出。當6腳輸出的高電平脈沖結束時(shí)，場(chǎng)效應管截止，根據楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產(chǎn)生下正上負的感生電動(dòng)勢，此時(shí)副邊各路二極管導通，向外提供能量。同時(shí)反饋線(xiàn)圈向UC3842供電。UC3842內部設有欠壓鎖定電路，其開(kāi)啟和關(guān)閉閾值分別為16V和10V，如圖3所示。在開(kāi)啟之前，UC3842消耗的電流在1mA以?xún)�。電源電壓接通之后，�?端電壓升至16V時(shí)UC3842開(kāi)始工作，啟動(dòng)正常工作后，它的消耗電流約為15mA。因為UC3842的啟動(dòng)電流在1mA以?xún)�，設計時(shí)參照這些參數選取R1，所以在R1上的功耗很小。 當然，若VCC端電壓較小時(shí)，在R1上的壓降很小，全部供電工作都可由R1降壓后來(lái)完成。但是，通常情況下，VCC端電壓都比較大，這樣完全通過(guò)R1來(lái)提供正常工作電壓就會(huì )使R1自身功耗太大，對整個(gè)電源來(lái)說(shuō)效率太低。一般來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)UC3842的啟動(dòng)，R1的工作也就基本結束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓來(lái)為UC3842供電。故R1的功率不必選得很大，1W、2W就足夠了。筆者認為，雖然理論上UC3842啟動(dòng)電流在1mA以?xún)�，但�?shí)際應用時(shí)，按1.6～2.0mA設計則工作比較便利。即當VCC端電壓為U伏時(shí) 2.2 穩壓過(guò)程 從圖2中可知，當場(chǎng)效應管導通時(shí)，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(chǎng)效應管導通結束時(shí)，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(chǎng)效應管導通時(shí)間。 在場(chǎng)效應管關(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。 高頻變壓器在場(chǎng)效應管導通期間初級繞組儲存的能量與場(chǎng)效應管關(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(chǎng)效應管關(guān)閉時(shí)間。 上式說(shuō)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(shí)，反饋線(xiàn)圈的輸出電壓則會(huì )變低，從而使2端電壓變低，則脈寬調制器會(huì )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(shí)間變長(cháng)；反之，當電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓升高時(shí)，則脈寬調制器會(huì )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(shí)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(shí)僅調整占空比，控制場(chǎng)效應管的導通時(shí)間。反饋電壓輸入2腳，此腳電壓與內部2.5V基準進(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(shí)電阻Rt及定時(shí)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，當取樣超過(guò)1V時(shí)，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(shí)間僅50ns，驅動(dòng)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(guò)流保護原理 當負載電流超過(guò)額定值或短路時(shí)，場(chǎng)效應管電流增加，R9上的電壓反饋至3腳(電壓大于1V)，通過(guò)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(méi)有觸發(fā)脈沖輸出，使場(chǎng)效應管截止，達到保護功率管的目的。短路現象消失后，電源自動(dòng)恢復正常工作。 2.4 過(guò)壓保護原理 當因某種原因使輸出電壓過(guò)高時(shí)，由反饋繞組形成的電壓也高，從而使2腳的電壓過(guò)高，內部保護電路起動(dòng)，使6腳輸出脈沖高電平時(shí)間變短，或不輸出高電平使開(kāi)關(guān)管截止。 2.5 開(kāi)關(guān)管保護電路 由D3、R10、C1及R11、C14、D4構成，消除由變壓器漏感產(chǎn)生的反峰電壓，從而使開(kāi)關(guān)工作電壓不至于太高而毀壞。 3 設計中的注意事項 3.1 起動(dòng)電路的設計 電路如圖4所示，電容C2儲存的能量要能滿(mǎn)足電源開(kāi)始正常 工作的需要，使得UC3842第7腳有穩定、充足的輸入供給。即電容C2的放電時(shí)間要大于UC3 842輸出脈沖的高電平持續時(shí)間。否則，電源將出現打嗝現象。因此，電容C2的容量和 質(zhì)量的選取非常重要。筆者在實(shí)際設計過(guò)程中，C2曾用100μF鋁電解電容，經(jīng)常發(fā)現 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(méi)有工作，說(shuō)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(lái)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(dòng)后，若反饋繞組不能提供足夠的UF，電路就會(huì )不停地起動(dòng) ，出現打嗝現象。另外，根據筆者的經(jīng)驗，若UF大于17.5V時(shí)， 也會(huì )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(shí)，7腳的電壓維持 在13V左右。 4 結束語(yǔ) 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(shí)，脈 寬調制器就會(huì )改變驅動(dòng)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，從而達到穩壓目的，反之亦然。UC3842可以直接驅動(dòng)MOS管、IGBT等，適合于 制作20～80W小功率開(kāi)關(guān)電源。由于器件設計巧妙，由主電源電壓直接啟動(dòng)，構成電路所需 元件少，非常符合電路設計中“簡(jiǎn)潔至上”的原則。 |
