用UC3842芯片設(shè)計(jì)開關(guān)電源

2.1啟動(dòng)過程
　　首先由電源通過啟動(dòng)電阻R?1提供電流給電容C2充電，當(dāng)C2電壓達(dá)到UC3842的啟動(dòng)電壓門檻值16V時(shí)，UC3842開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由6端輸出推動(dòng)開關(guān)管工作，輸出信號(hào)為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電流通過變壓器原邊，同時(shí)把能量?jī)?chǔ)存在變壓器中。根據(jù)同名端標(biāo)識(shí)情況，此時(shí)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(shí)，場(chǎng)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(dòng)勢(shì)，此時(shí)副邊各路二極管導(dǎo)通，向外提供能量。同時(shí)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(shí)UC3842開始工作，啟動(dòng)正常工作后，它的消耗電流約為15mA。因?yàn)閁C3842的啟動(dòng)電流在1mA以內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)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(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，整流電壓加在變壓器T初級(jí)繞組Np上的電能變成磁能儲(chǔ)存在變壓器中，在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通結(jié)束時(shí)，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(jí)繞組電感；Ton——場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)間。
　　在場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉瞬間，變壓器次級(jí)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(jí)繞組匝數(shù)。
　　高頻變壓器在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通期間初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量與場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉期間次級(jí)繞組釋放的能量相等：
　　
式中：Ls——變壓器次級(jí)繞組電感；Uo——輸出電壓；Toff——場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉時(shí)間。
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　　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(shí)，反饋線圈的輸出電壓則會(huì)變低，從而使2端電壓變低，則脈寬調(diào)制器會(huì)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(shí)間變長(zhǎng)；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(shí)，則脈寬調(diào)制器會(huì)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(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(diào)制方式，輸出電壓或負(fù)載變化時(shí)僅調(diào)整占空比，控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通時(shí)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(shí)電阻Rt及定時(shí)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(dāng)取樣超過1V時(shí)，縮小導(dǎo)通脈寬，使電源處于間隙工作狀態(tài)；6腳，輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅50ns，驅(qū)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(nèi)部基準(zhǔn)5V(50mA)。
2.3過流保護(hù)原理
　　當(dāng)負(fù)載電流超過額定值或短路時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管電流增加，R9上的電壓反饋至3腳(電壓大于1V)，通過內(nèi)部電流放大器使導(dǎo)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(chǎng)效應(yīng)管截止，達(dá)到保護(hù)功率管的目的。短路現(xiàn)象消失后，電源自動(dòng)恢復(fù)正常工作。
2.4過壓保護(hù)原理
　　當(dāng)因某種原因使輸出電壓過高時(shí)，由反饋繞組形成的電壓也高，從而使2腳的電壓過高，內(nèi)部保護(hù)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關(guān)管截止。
2.5開關(guān)管保護(hù)電路
　　由D3、R10、C1及R11、C14、D4構(gòu)成，消除由變壓器漏感產(chǎn)生的反峰電壓，從而使開關(guān)工作電壓不至于太高而毀壞。

3.1起動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
　　電路如圖4所示，電容C2儲(chǔ)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(shí)間要大于UC3 842輸出脈沖的高電平持續(xù)時(shí)間。否則，電源將出現(xiàn)打嗝現(xiàn)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(shè)計(jì)過程中，C2曾用100μF鋁電解電容，經(jīng)常發(fā)現(xiàn) 電源打嗝；測(cè)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(shè)計(jì)
　　當(dāng)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(xiàn)打嗝現(xiàn)象。另外，根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，若UF大于17.5V時(shí)， 也會(huì)引起UC3842工作異常，導(dǎo)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(shè)計(jì)，使UC3842正常工作時(shí)，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(diào)制器。假如由于某種原因使輸出電壓升高時(shí)，脈 寬調(diào)制器就會(huì)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dá)到穩(wěn)壓目的，反之亦然。UC3842可以直接驅(qū)動(dòng)MOS管、IGBT等，適合于 制作20～80W小功率開關(guān)電源。由于器件設(shè)計(jì)巧妙，由主電源電壓直接啟動(dòng)，構(gòu)成電路所需 元件少，非常符合電路設(shè)計(jì)中“簡(jiǎn)潔至上”的原則。