電流控制型脈寬調制器UC3842工作原理及應用 UC3842是美國Unitrode公司(該公司現已被TI公司收購)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，可直接驅動(dòng)雙極型晶體管、MOSFEF 和IGBT 等功率型半導體器件，具有管腳數量少、外圍電路簡(jiǎn)單、安裝調試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于計算機、顯示器等系統電路中作開(kāi)關(guān)電源驅動(dòng)器件。
1 UC3842 內部工作原理簡(jiǎn)介
圖1 示出了UC3842 內部框圖和引腳圖，UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調制方式，共有8 個(gè)引腳，各腳功能如下： ①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性； ②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度； ③腳為電流檢測輸入端， 當檢測電壓超過(guò)1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)； ④腳為定時(shí)端，內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數決定，f=1.8/(RT×CT)； ⑤腳為公共地端； ⑥腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns 驅動(dòng)能力為±1A ； ⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過(guò)壓鎖定功能，芯片功耗為15mW； ⑧腳為5V 基準電壓輸出端，有50mA 的負載能力。
圖1 UC3842 內部原理框圖
2 UC3842 組成的開(kāi)關(guān)電源電路
圖2 是由UC3842 構成的開(kāi)關(guān)電源電路，220V 市電由C1、L1 濾除電磁干擾，負溫度系數的熱敏電阻Rt1 限流，再經(jīng)VC 整流、C2 濾波，電阻R1、電位器RP1 降壓后加到UC3842 的供電端（⑦腳），為UC3842 提供啟動(dòng)電壓，電路啟動(dòng)后變壓器的付繞組③④的整流濾波電壓一方面為UC3842 提供正常工作電壓，另一方面經(jīng)R3、R4 分壓加到誤差放大器的反相輸入端②腳，為UC3842 提供負反饋電壓，其規律是此腳電壓越高驅動(dòng)脈沖的占空比越小，以此穩定輸出電壓。④腳和⑧腳外接的R6、C8 決定了振蕩頻率，其振蕩頻率的最大值可達500KHz。R5、C6用于改善增益和頻率特性。⑥腳輸出的方波信號經(jīng)R7、R8 分壓后驅動(dòng)MOSFEF 功率管，變壓器原邊繞組①②的能量傳遞到付邊各繞組，經(jīng)整流濾波后輸出各數值不同的直流電壓供負載使用。電阻R10 用于電流檢測，經(jīng)R9、C9 濾濾后送入UC3842 的③腳形成電流反饋環(huán). 所以由UC3842 構成的電源是雙閉環(huán)控制系統，電壓穩定度非常高，當UC3842 的③腳電壓高于1V 時(shí)振蕩器停振，保護功率管不至于過(guò)流而損壞。
圖2 UC3842 構成的開(kāi)關(guān)電源
3 電路的調試
此電路的調試需要注意：一是調節電位器RP1使電路起振，起振電流在1mA左右；二是起振后變壓器③④繞組提供的直流電壓應能使電路正常工作，此電壓的范圍大約為11～17V 之間；三是根據輸出電壓的數值大小來(lái)改變R4，以確定其反饋量的大??；四是根據保護要求來(lái)確定檢測電阻R10 的大小，通常R10 是2W、1Ω以下的電阻。
電流控制型脈寬調制器UC3842在開(kāi)關(guān)電源中的應用 開(kāi)關(guān)穩壓電源被譽(yù)為“新型高效節能電源”，它代表著(zhù)穩壓電源的發(fā)展方向。由于內部器件工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此本身消耗的能量極低，電源效率可以達到80%以上，比串連調整線(xiàn)性穩壓電源的效率提高近一倍。隨著(zhù)電源技術(shù)的飛速發(fā)展，開(kāi)關(guān)穩壓電源正朝著(zhù)小型化、高頻化、集成化的方向發(fā)展，高效率的開(kāi)關(guān)穩壓電源已得到越來(lái)越廣泛的應用。本文首先概述開(kāi)關(guān)穩壓電源的基本工作原理，接著(zhù)介紹電流型脈寬調制器UC3842芯片，著(zhù)重論述了UC3842在開(kāi)關(guān)穩壓電源中的應用，并以一個(gè)實(shí)際應用實(shí)例分析了電源電路的構成和參數計算。 開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理
相對于線(xiàn)性穩壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，開(kāi)關(guān)電源的效率可達90%以上，而且造價(jià)低、體積小。開(kāi)關(guān)電源的工作原理如圖1所示，它由調整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準源等構成。
在圖1中，三角波發(fā)生器的輸出波形加到比較器的反相端，其同相端接比較放大器的輸出Vf。當三角波的幅度小于比較器的同相輸入時(shí)，比較器輸出高電平，對應調整管導通的時(shí)間為ton。反之，當三角波的幅度大于比較器的同相輸入時(shí)，對應調整管的截至時(shí)間為toff。為了穩定電壓輸出，按電壓負反饋方式引入反饋，以確定基準源和比較放大器之間的聯(lián)系。假設輸出電壓增加，則FVo增加，比較放大器的輸出Vf減小，那么比較器的輸出波形中toff增加，從而使調整管的導通時(shí)間減小，輸出電壓下降，起到穩壓的作用。如果忽略電感的直流電阻，那么輸出電壓Vo為調整管發(fā)射極電壓Ve的平均分量，于是有： 其中，q為占空比。在輸入電壓一定的時(shí)候，輸出電壓與占空比正比，通過(guò)改變比較器輸出波形的占空比就可以控制輸出電壓的幅值。 圖1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理 UC3842的工作原理
UC3842是美國Unitorde公司生產(chǎn)的一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調制芯片。該調制器單端輸出，能直接驅動(dòng)雙極型的功率管或場(chǎng)效應管。其主要優(yōu)點(diǎn)是管腳數量少，外圍電路簡(jiǎn)單，電壓調整率可達0.01%，工作頻率高達500kHz，啟動(dòng)電流小于1mA，正常工作電流為5mA，并可利用高頻變壓器實(shí)現與電網(wǎng)的隔離。該芯片集成了振蕩器、具有溫度補償的高增益誤差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準欠電壓鎖定電路以及PWM鎖存器電路。其內部結構及基本外圍電路如圖2所示。 圖2 UC3842的內部結構及基本外圍電路
UC3842是8腳的雙列直插的封裝形式。如圖2所示：
第1腳為補償腳，內部誤差放大器的輸出端，外接阻容元件以確定誤差放大器的增益和頻響。 第2腳是反饋腳，將采樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，控制脈沖的寬度。 第3腳為電流傳感端，在功率管的源極串接一個(gè)小阻值的采樣電阻，構成過(guò)流保護電路。當電源電壓異常時(shí)，功率管的電流增大，當采樣電阻上的電壓超過(guò)1V時(shí)，UC3842就停止輸出，有效地保護了功率管。 第4腳為鋸齒振蕩器外部定時(shí)電阻R與定時(shí)電容C的公共端。 第5腳為地。 第6腳為圖騰柱式輸出電壓，當上面的三極管截止的時(shí)候下面的三極管導通，為功率管關(guān)斷時(shí)提供了低阻抗的反向抽取電流回路，加速了功率管的關(guān)斷。 第7腳為輸入電壓，開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)的時(shí)候需要在該引腳加一個(gè)不低于16V的電壓，芯片工作后，輸入電壓可以在10～30V之間波動(dòng)，低于10V時(shí)停止工作。 第8腳為內部5.0V的基準電壓輸出，電流可達50mA。
電路上電時(shí)，外接的啟動(dòng)電路通過(guò)引腳7提供芯片需要的啟動(dòng)電壓。在啟動(dòng)電源的作用下，芯片開(kāi)始工作，脈沖寬度調制電路產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)6腳輸出驅動(dòng)外接的開(kāi)關(guān)功率管工作。功率管工作產(chǎn)生的信號經(jīng)取樣電路轉換為低壓直流信號反饋到3腳，維護系統的正常工作。電路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號經(jīng)2腳送到內部的誤差比較放大器，與內部的基準電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差信號送到脈寬調制電路，完成脈沖寬度的調制，從而達到穩定輸出電壓的目的。如果輸出電壓由于某種原因變高，則2腳的取樣電壓也變高，脈寬調制電路會(huì )使輸出脈沖的寬度變窄，則開(kāi)關(guān)功率管的導通時(shí)間變短，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩定，反之亦然。鋸齒波振蕩電路產(chǎn)生周期性的鋸齒波，其周期取決于4腳外接的RC網(wǎng)絡(luò )。所產(chǎn)生的鋸齒波送到脈沖寬度調制器，作為其工作周期，脈寬調制器輸出的脈沖周期不變，而脈沖寬度則隨反饋電壓的大小而變化。
實(shí)際應用電路 圖3 開(kāi)關(guān)穩壓電源系統總體框圖
根據UC3842的特點(diǎn)，設計一個(gè)30～36V可調的開(kāi)關(guān)型穩壓電源，其總體結構框圖如圖3所示。
交流輸入后通過(guò)整流濾波得到直流電壓，經(jīng)過(guò)LM317后獲得16.5V的直流電壓，作為UC3842芯片的啟動(dòng)電壓。芯片啟動(dòng)后通過(guò)脈寬調制控制功率管的開(kāi)關(guān)從而實(shí)現穩壓輸出?？刂齐娐返暮诵氖荱C3842，其后級的高速開(kāi)關(guān)功率管要求滿(mǎn)足一定的耐壓值和足夠大的額定電流。這里可以選用IRF540，其耐壓值高達100V，額定電流可以達到33A。高頻變壓器的升壓系數為1.2，采用雙橋間距為0.3mm的鐵氧鐵芯，由直徑0.65mm的銅絲繞制而成。高頻變壓器出來(lái)的脈動(dòng)直流電壓，先通過(guò)二極管整理，再通過(guò)3個(gè)50V/3300μF的電解電容，和由一個(gè)33μH電感和2個(gè)104的電容構成∏型濾波器進(jìn)行濾波后輸出。其UC3842的核心電路如圖4所示。
圖4 UC3842的核心電路圖
如圖4所示，UC3842的工作頻率由4腳和8腳間的RT和CT決定的。理論上，其內部的振蕩頻率最高可達500kHz。在本系統中RT和CT分別選用了10kΩ和0.045μF，根據公式：
可以計算得其工作頻率約為40kHz，符合開(kāi)關(guān)電源的要求。在UC3842的2腳處接上一個(gè)10kΩ的電位器，通過(guò)調節電位器的阻值改變反饋電壓，使脈寬的占空比發(fā)生變化，從而可以實(shí)現輸出電壓30～36V的連續可調變化。 結語(yǔ)
利用UC3842設計的電流制型脈寬調制開(kāi)關(guān)穩壓電源，克服了電壓控制型脈寬調制開(kāi)關(guān)穩壓電源頻響慢、電壓調整率和負載調整率低的缺點(diǎn)，電路結構簡(jiǎn)單，成本低、體積小、易實(shí)現。該穩壓電源是目前實(shí)用和理想的穩壓電源，具有很大的發(fā)展前景。 | 
