用uc3842芯片设计开关电源_secret

1、用uc3842芯片设计开关电源摘 要：介绍电流控制型脉宽调制器UC3842的原理及特性，并讨论其在设计中应注意的问题。关键字：脉宽调制 电流控制 开关电源笔者最近设计了由UC3842组成的DC-DC转换器，总的框架采用参考文献中现成的电路。但由于输入电压和工作频率不同，重新设计了电路参数。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

2、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840V；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R1提供电流给电容C2充电，当

3、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

4、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，

5、但实际应用时，按1.62.0mA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

6、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

7、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k，Ct取F。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1013V，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

8、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

9、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100F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100F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

10、的，一般可按1315V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2080W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。 参考文献1何希才.新型开关电源设计与应用M.北京：科学出版社，2001.2沙占友.新型开关电源的设计与应用M.北京：电子工业出

11、版社，2001.开关电源设计1 绪 论Adapter 即电源适配器。电源适配器是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源变压器和整流电路组成，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型；按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于电话子母机、游戏机、语言复读机随身听、笔记本计算机、蜂窝电话等设备中。多数笔记本电脑的电源适配器可以自动检测100240V交流电(50/60Hz)。基本上所有的笔记本电脑都把电源外置，用一条线和主机连接，这样可以缩小主机的体积和重量，只有极少数的机型把电源内置在主机内。在电源适配器上都有一个铭牌，上面标示着功率，输入输出电压和电流量等指标，特别要注

12、意输入电压的范围，这就是所谓的“旅行电源适配器”，如果到市电电压只有100V的国家时，这个特性就很有用了，有些水货笔记本电脑是只在原产地销售的，没有这种设计。 电源适配器的标称电压通常指的是开路输出电压，也就是不接任何负载，没有电流输出的电压值。因此也可以认为这是该电源的输出电压上限。对于电源内部使用了主动稳压单元或者电压基准元件的情况，一般来说使用高内阻的直流电压表可以直接测得标称电压(更准确的应该用电动势电桥的方法)，即使市电电压发生一定的波动，其输出也是稳稳的恒定值;但是对于市面上廉价的小变压器，比如给随身听之类使用的那种，基本上是传统磁芯变压器加上四个整流二极管桥式整流再加上一个大的滤

13、波电容就完事了，这样的话如果使用普通直流电压表测得的数值将大于标称电压，原因是桥式整流的输出为脉动直流，简单的说是一个一个正弦电压信号的正半周连接成的时间链，经过大电容滤波之后会变得平坦一些，但是纹波系数仍然很大(纹波系数就是电压信号波动的幅度同电压平均值之比，越小说明电压越接近直流)，所谓标称电压指的是这种电压对时间积分再除以积分时间，简单理解就是对时间的平均值，如果用普通直流电压表测量，测量值十分接近该电压信号的最大值，所以测不准。同时，如果市电发生波动，该类电源的输出也会随之变化。一般来讲普通电源适配器的真正空载电压也不一定和标称电压完全一致，因为电子元件的特性不可能完全一致，所以允许有

14、一定的误差，民用情况根据用途的需要控制在0.1%到5%左右。误差越小，对电子元件的一致性要求越高，工业生产中的成本也就越高，价格当然也就越贵。其次是电源的标称电流值。无论任何电源都有一定的内阻，因此当电源输出电流的时候，会在内部产生压降，等于输出电流乘以电源内阻。导致两件事情，一个是产生热量，等于输出电流的平方乘以内阻，所以电源会热，另一个是输出电压变为标称电压减去内部压降，导致输出电压降低。通常的设计在考虑完毕散热问题之后，一般限制一个电流值，当输出电流达到这个值得时候，输出电压降低为标称电压的95%，或者其他比例，各厂家根据负载产品的不同需要可以设定更高或者更低的比例，这个电流值就是标称电

15、流。比如72W的ibm16V电源适配器的标称电流是4.5A。如果负载电阻过低，导致输出电流超过标称电流，一般会发生两件事情，一个是个别元件由于发热超过了散热容量导致烧毁引起电源损坏，另一个是散热设计留有余量，仅仅体现为输出电压进一步降低，如果降低太多可能导致负载无法正常工作。至只有100V的单一输入电压，在我国的220V市电电压下插上就会烧毁。本设计所做的开关型稳压电源是脉冲宽度调制型（PWM），采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零，在开关管截止时，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率可高达80%95%。而功耗小，散热

16、器也随之减小，同时开关型稳压电源直接对电网电压进行整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；此外，开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻，体积小等特点。另外，由于功耗小，机内温升低，从而提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V+10%，而开关型稳压电源在电网电压从90V264V范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。 目 录1 绪论 .12 开关电源工作原理及设计方案介绍 .32.1 Adapter的工作原理 .42.2输入交流滤波.52.3 桥式整流及滤波. .62.4软启动

17、电路. 62.5脉宽调制控制器UC3842.62.6高压保护回路 .72.7开关功率管及限流电路 .82.8直流变换回路（变压器T901）. 82.9输出整流滤波回路 .92.10电压取样和反馈回路 .103 单元电路的设计 .123.1 UC3842芯片的介绍 .123.1.1主要特点 .123.2 各部分电路分析 .173.2.2线路滤波原理分析和原件的选择.173.2.3整流滤波部分 .193.3UC3842的外围电路 .213.3.1软启动电路 .213.3.2UC3842脉宽调制及控制电路 .223.3.3开关管的设计（Q901） .233.4变压器T901的设计 .253.4.1变压器的一些特性介绍.253.4.2 功率变压器T901的设计 .263.4.3 高频变压器T901参数.273.5T901 的外围电路 .303.5.1T901的工作过程 .303.5.2半波整流滤波部分 .313.5.3光电耦合反馈回路电路分析 .333.6 UC3842部分电源电路实例分析 .343.6.1 S790N抗传导干扰分析 .34