UC3842 開關(guān)電源設(shè)計的好幫手

基于UC3842組成的DC-DC轉(zhuǎn)換器，總框架采用現(xiàn)成的電路，但實際應(yīng)用中由于輸入電壓和工作頻率不同，重新設(shè)計了電路，參數(shù)UC3842是美國Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出電流控制脈寬調(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。

2.1啟動過程

首先由電源通過啟動電阻R1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。

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：

Rt的單位是kΩ，Ct是μF。3腳為電感、電流傳感器端，取樣超過1V時，縮小導(dǎo)通脈寬使電源處在間隙工作狀態(tài);6腳為輸出端，內(nèi)部圖騰柱式，上升、下降時間僅有50ns，驅(qū)動能力為±1A;7腳為供電輸入，起振后工作電壓在10～13V之間，若低于10V電路停止工作，功耗為15mW；8腳為內(nèi)部基準(zhǔn)5V(50mA)。