基于UC3842的电流控制型开关电源的设计论文谁知道做？
于UC3842反激式开关电源的设计
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uc3842设计开关电源
2007-07-19 19:17
1、UC3842的内部结构和特点
UC3842是美国Unitrode公司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。
UC3842为8脚双列直插式封装，其内部原理框图如图1所示。主要由5.0V基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E/A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等构成。端1为COMP端；端2为反馈端；端3为电流测定端；端4接Rt、Ct确定锯齿波频率；端5接地；端6为推挽输出端，有拉、灌电流的能力；端7为集成块工作电源电压端，可以工作在8～40V；端8为内部供外用的基准电压5V，带载能力50mA。
2、电路结构与工作原理
图2所示为笔者在实际工作中使用的电路图。输入电压为24V直流电。三路直流输出，分别为+5V/4A，+12V/0.3A和-12V/0.3A。所有的二极管都采用快速反应二极管，核心PWM器件采用UC3842。开关管采用快速大功率场效应管。
2.1 启动过程
首先由电源通过启动电阻R 1提供电流给电容C2充电，当C2电压达到UC3842的启动电压门槛值16V时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6端输出推动开关管工作，输出信号为高低电压脉冲。高电压脉冲期间，场效应管导通，电流通过变压器原边，同时把能量储存在变压器中。根据同名端标识情况，此时变压器各路副边没有能量输出。当6脚输出的高电平脉冲结束时，场效应管截止，根据楞次定律，变压器原边为维持电流不变，产生下正上负的感生电动势，此时副边各路二极管导通，向外提供能量。同时反馈线圈向UC3842供电。UC3842内部设有欠压锁定电路，其开启和关闭阈值分别为16V和10V，如图3所示。在开启之前，UC3842消耗的电流在1mA以内。电源电压接通之后，当7端电压升至16V时UC3842开始工作，启动正常工作后，它的消耗电流约为15mA。因为UC3842的启动电流在1mA以内，设计时参照这些参数选取R1，所以在R1上的功耗很小。
当然，若VCC端电压较小时，在R1上的压降很小，全部供电工作都可由R1降压后来完成。但是，通常情况下，VCC端电压都比较大，这样完全通过R1来提供正常工作电压就会使R1自身功耗太大，对整个电源来说效率太低。一般来说，随着UC3842的启动，R1的工作也就基本结束，余下的任务交给反馈绕组，由反馈绕组产生电压来为UC3842供电。故R1的功率不必选得很大，1W、2W就足够了。笔者认为，虽然理论上UC3842启动电流在1mA以内，但实际应用时，按1.6～2.0mA设计则工作比较便利。即当VCC端电压为U伏时
2.2 稳压过程
从图2中可知，当场效应管导通时，整流电压加在变压器T初级绕组Np上的电能变成磁能储存在变压器中，在场效应管导通结束时，Np绕组中电流达到最大值Ipmax，根据法拉第电磁感应定律：
式中：E——整流电压；Lp——变压器初级绕组电感；Ton——场效应管导通时间。
在场效应管关闭瞬间，变压器次级绕组放电电流为最大值Ismax，若忽略各种损耗应为
式中：n——变压器变比，n=Np/Ns，Np、Ns为变压器初、次级绕组匝数。
高频变压器在场效应管导通期间初级绕组储存的能量与场效应管关闭期间次级绕组释放的能量相等：
式中：Ls——变压器次级绕组电感；Uo——输出电压；Toff——场效应管关闭时间。
上式说明，输出电压Uo与Ton成正比，与匝比n及Toff成反比。比如，由于电源电压变化或负载变化而引起输出电压降低时，反馈线圈的输出电压则会变低，从而使2端电压变低，则脉宽调制器会相应的增大输出PWM波形的占空比，使大功率晶体管导通的时间变长；反之，当电源电压变化或负载变化而引起输出电压升高时，则脉宽调制器会相应的减小PWM输出脉冲波形的占空比，使大功率晶体管导通的时间变短，从而维持输出电压为一恒定值。
UC3842为固定工作频率脉宽调制方式，输出电压或负载变化时仅调整占空比，控制场效应管的导通时间。反馈电压输入2脚，此脚电压与内部2.5V基准进行比较，产生控制电压，从而控制脉冲宽度；输出脉冲的频率由4脚外接定时电阻Rt及定时电容Ct决定，f
的单位取kΩ，Ct取μF。3脚为电感电流传感器端，当取样超过1V时，缩小导通脉宽，使电源处于间隙工作状态；6脚，输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅50ns，驱动能力为±1A；7脚，供电输入，起振后工作电压为10～13V，低于10V停止工作，功耗为15mW；8脚，内部基准5V(50mA)。
2.3 过流保护原理
当负载电流超过额定值或短路时，场效应管电流增加，R9上的电压反馈至3脚(电压大于1V)，通过内部电流放大器使导通宽度变窄，输出电压下降，直至使UC3842停止工作，没有触发脉冲输出，使场效应管截止，达到保护功率管的目的。短路现象消失后，电源自动恢复正常工作。
2.4 过压保护原理
当因某种原因使输出电压过高时，由反馈绕组形成的电压也高，从而使2脚的电压过高，内部保护电路起动，使6脚输出脉冲高电平时间变短，或不输出高电平使开关管截止。
2.5 开关管保护电路
由D3、R10、C1及R11、C14、D4构成，消除由变压器漏感产生的反峰电压，从而使开关工作电压不至于太高而毁坏。
3、设计中的注意事项
3.1 起动电路的设计
电路如图4所示，电容C2储存的能量要能满足电源开始正常 工作的需要，使得UC3842第7脚有稳定、充足的输入供给。即电容C2的放电时间要大于UC3 842输出脉冲的高电平持续时间。否则，电源将出现打嗝现象。因此，电容C2的容量和 质量的选取非常重要。笔者在实际设计过程中，C2曾用100μF铝电解电容，经常发现 电源打嗝；测量反馈端电压，总是太低，以至于反馈端的整流二极管都没有工作，说明反馈 端电压幅度不够。原因在于C2容量不够，不能提供足够的能量来使UC3842充分工作，因此 ，容量最好在100μF以上。
3.2 反馈绕组的设计
当UC3842启动后，若反馈绕组不能提供足够的UF，电路就会不停地起动 ，出现打嗝现象。另外，根据笔者的经验，若UF大于17.5V时， 也会引起UC3842工作异常，导致输出脉冲占空比变小，输出电压变低。故而反馈绕组匝数的 选取及其缠绕是非常重要的，一般可按13～15V设计，使UC3842正常工作时，7脚的电压维持 在13V左右。
4、结束语
UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时，脉 宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空比D，使斩波后的平均 值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等，适合于 制作20～80W小功率开关电源。由于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需 元件少，非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。
2 UC3842保护电路的缺陷
2.1 过载保护的缺陷
当电源过载或输出短路时，UC3842的保护电路动作，使输出脉冲的占空比减小，输出电压降低，UC3842的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开始下一次启动过程。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）的启动过程，因此，它的平均功率很低。但是，由于变压器存在漏感等原因，有的开关电源在每个开关周期都有很高的开关尖峰电压，即使在占空比很小的情况下，辅助供电电压也不能降到足够低，所以不能实现理想的保护功能。
2.2 过流保护的缺陷
UC3842的过流保护功能是通过脚3实现的。当脚3上检测的电压高于1V时，就会使UC3842内部的比较器翻转，将PWM锁存器置零，使脉冲调制器处于关闭状态，从而实现了电路的过流保护。由于检测电阻能感应出峰值电感电流，所以自然形成逐个脉冲限流电路，只要检测电阻上的电平达到1V，脉宽调制器立即关闭，因此这种峰值电感电流检测技术可以精确限制输出的最大电流，使得开关电源中的磁性元件和功率器件不必设计较大的余量，就能保证稳压电源的工作可靠。但是，通常我们采用的采样电阻都是金属膜或氧化膜电阻，这种电阻是有感的，当电流流过取样电阻时，就会感生一定的感性电压。这个电感分量在高频时呈现的阻抗会很大，因此它将消耗很大的功率。随着频率的增加，流过取样电阻的电流有可能在下一个振荡周期到来之前还没放完，取样电阻承受的电流将越来越大，这样将会引起UC3842的误操作，甚至会引起炸机。因此，UC3842的这种过流保护功能有时难以起到很好的保护作用，存在着一定的缺陷。
2.3 电路稳定性的缺陷
在图1所示的电路中，当电源的占空比大于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，引起电源输出的不稳定。图2表示了变压器中电感电流的变化过程。设在t0时刻，开关开始导通，使电感电流以斜率m1上升，该斜率是输入电压除以电感的函数。t1时刻，电流取样输入达到由控制电压建立的门限，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ΔI，这样我们就会发现电路存在着不稳定的情况，即在一个固定的振荡器周期内，电流衰减时间减少，最小电流开关接通时刻t2上升了ΔI＋ΔIm2/m1，最小电流在下一个周期t3减小到(ΔI＋ΔIm2/m1)(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和减小电感电流，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1，变换器将会不稳定。因此，图1所示的电路在某些状态下存在着一定的失稳隐患。
图2 电感电流波形图
3 保护电路的改进
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的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的人为斜坡，它可以在后续的周期内将ΔI扰动减小到零。因此，即使系统工作在占空比大于50％或连续的电感电流条件下，系统也不会出现不稳定的情况。不过该补偿斜坡的斜率必须等于或略大于m2/2，系统才能具有真正的稳定性。
2）取样电阻改用无感电阻。无感电阻是一种双线并绕的绕线电阻，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的增加而增加。这样，即使在高频情况下取样电阻所消耗的功率也不会超过它的标称功率,因此也就不会出现炸机现象。
3）反馈电路改用TL431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，并不是输出与输入同时建立。如果把反馈信号接到UC3842的电压反馈端，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本身就是一个高增益的误差放大器，因此，在图3中直接采用脚1做反馈，从UC3842的脚8（基准电压脚）拉了一个电阻到脚1，脚2通过R18接地。这样做的好处是，跳过了UC3842的内部放大器，从而把反馈信号的传输时间缩短了一半，使电源的动态响应变快。另外，直接控制UC3842的脚1还可简化系统的频率补偿以及输出功率小等问题。
图3 改进的UC3842应用电路
4 实验结果
图4给出了UC3842检测电阻的电压波形和采样信号波形。从图4中可以看出，经过改进后的电路，其采样信号的波形紧紧跟随检测电阻的电压波形，没有出现非常大的尖峰电压。因此，该电路能有效避免因变压器漏感等异常干扰引起的电源误操作的问题，也能有效避免因电源占空比过大而引起的系统不稳定的问题。
图4 检测电阻电压及采样信号波形
5 结语
UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器，但在实际的应用过程中，它的保护电路存在着一定的缺陷，因此，在电源的设计过程中，必须对其保护电路进行改进。实验证明，经过改进后的保护电路使系统性能更加稳定可靠。
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答：UC3842是美国Unitrode公司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。它采用8脚双列直插式封装，内部包含5.0V基准电压源、振荡器、降压器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E/A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等部分。各脚功能如下：端1为COMP端；端2为反馈端；端3...
答：UC3842是一款专为开关电源设计的电流控制脉宽调制集成电路，它在负载响应和线性调整性能上优于传统的电压控制方式。其主要特点如下：首先，内置了欠电压锁定电路，确保在电源电压不稳定时仍能正常工作。此外，它的起动电流极低，典型值仅为0.12毫安，有利于节省能源并减轻电路负担。UC3842内部配备了一个稳定...
答：该电路的电源部分使用单端式脉宽调制型开关电源，脉宽调制IC使用的是UC3842 UC3842 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整流滤波后的约300V直流电压经电阻R1降压后加到 UC3842的供电端（7端），为UC3842提供启动电压，UC3842内部设有欠压锁定电路，其开启和关闭...
答：1）通过在UC3842的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的人为斜坡，它可以在后续的周期内将ΔI扰动减小到零。因此，即使系统工作在占空比大于50％或连续的电感电流条件下，系统也不会出现不稳定的情况。不过该补偿斜坡的斜率必须等于或略大于m2/2，系统才能具有...
答：UC3842 是一种 PWM 控制芯片，常用于开关电源控制电路中。其工作原理如下：控制器接收反馈信号：开关电源中，通常会通过电感和电容等元器件构成一个反馈回路，将输出电压或电流的信息反馈给控制器。UC3842 通过内部比较器接收反馈信号，并将其转换为数字信号。产生 PWM 信号：UC3842 将反馈信号与内部参考电压...
答：UC3842是由Unitrode公司开发的新型控制器件,是国内应用比较广泛的一种电流控制型脉宽调制器。所谓电流型脉宽调制器是按反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环、电流环双环...
答：主要原因是电压伏数不同。3843的启动电压是8.5V，而3842的启动电压是16V，这是3842不能用到3843的电路上的根本原因。使用3842代替2843，原有电路根本启动不了，没办法使用。
答：这是一个反激式开关电源原理图，控制芯片即UC3842。这个电源的输出电压等级有三种：5VDC、+12VDC、-12VDC。该电路变换器同样是一个降压型硬开关电路。由单管驱动隔离变压器主绕组，C2、R3可以提供变压器原边泄放通路。输出经整流、滤波送负载。Vcc电源由R2从原边电压Vi提供。Vcc同时也作为辅助反馈绕组的...
答：UC3842是早期较出名的一款电流控制型通用开关电源管理IC，国内大多数用来做反激式小功率电源（100W以下），也有一部分做正激式的。不停闪烁较常见的原因是供电电压过低或过高。
答：UC3842是电流控制型脉宽调制(PWM)IC。这种故障通常是7脚启动电压不正常造成的。UC3842的7脚为供电端，7脚通过一个启动电阻与整流后的300V电压端连接，启动门限15-16V，电路启动后由辅助绕组供电,启动后电压降低为9-10V。7脚启动电阻损坏或脱焊等，就会导致电路无法启动。如果启动电压正常而不启动，说明...
