基于UC3842的反激式开关电源的原理及设计

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UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。该调制器单端输出,能直接驱动双极型的功率管或场效应管。
2019/14/24 采用UC3842的反激开关电源调试及仿真电子发烧友网 7(12 参考稳 压器 R|内部 25 偏置 711 振器}}m 输出 1.0m 电源地 电压反 R脉宽调制 151 馈输入2 误差 锁存 电流取样输入 输出 放大器 ▲10 补偿 电流检测 比较器 地十 仅 正真逻辑 E1也 图2UC3842内部原理图 由图示可以看出,UC3842-共有8个引脚,其各个引脚的功能分别为 ①脚是误差放大器的输岀端,外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性; ②脚是反馈电压输入端,此脚电压与误差放大器同相端的2.5∨基准电压进行比较,产生 误差电压,从而控制脉冲宽度 ③脚为电流检测输入端,当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态; ④脚为定时端,内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定, f=1.72/(RT×CT); ⑤脚为公共地端; ⑥脚为推挽输岀端,内部为图腾柱式,上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A; ⑦脚是直流电源供电端,具有欠、过压锁定功能,芯片功耗为15mW; ⑧脚为5V基准电压输出端,有50mA的负载能力。UC3842内部存在两个控制环路,一个 采样电压反馈给误差放大器,跟基准电压25V比较产生误差放大电压信号,一个是变压器初 级电流在采样电阻RsS上产生的采样电压,与误差放大器的输出电压比较产生调制PWM的脉冲 信号,由于误差信号实际控制原边峰值电流的大小,故∪C3842为电流型PWM调制器。 m.elecfans com/article/611545 htm 3/13 2019/14/24 采用UC3842的反激开关电源调试及仿真电子发烧友网 电容C 镜存器 “置位”输入 输出补偿一 心不 电流取样输入一 镜存器 复位“输入 输出 LL心山 大Rr小c 图3UC3842工作时序图 图3是UC3842工作时的时序图。RT、CT产生的充放电波形经过振荡器整形后变成方波信 号,充电时振荡器输出低电平,放电时为高电平。在CT充电过程中,RS触发器置位脚 S=“0″,若采样电阻Rs上的电压低于输出绕组反馈补偿输出电压(经过误差放大器),使 RS触发器复位脚R=“0″;此时Q 输出低电平“0″,UC3842输出高电平Q1导通;当采样电阻电压高于反馈补偿输出电压 时,RS触发器复位R=“1”,此时触发器翻转,Q 输出高电平“"1″经过或门后,UC3842输出低电平,Q1截止。截止后采样电阻电压低于 输出绕组反馈补偿输出电压,RS触发器复位R=“0″,此时触发器处于输岀保持状态,Q1仍 旧截止 当CT开始放电时,RS触发器置位脚S=“1″,此时触发器置位,则Q输岀低电平“0″ 但是经过或门后,或门输出为“1”″,此时Q1仍旧截止。 当下一个充电状态开始时,RS触发器置位脚S=“0″,R此时也为“0″,触发器保持输 出状态,Q 输出低电平“0″,此时经过或门后,Q1开始导通。通过以上UC3842的正常工作状态的 描述,可以看出,电流采样电阻电压和输出绕组反馈电压共同决定了Q1开关状态。 3、电路参数设计 3.1、整流电路的设计 开关电源的输入是市电,需要通过滤波以及整流环节得到直流电压作为反激式电源的输 入。图4所示整流电路原理图。220V交流电通过桥式整流电路的整流以及电容C1的滤波得到 约310V的直流电。 m.elecfans com/article/611545 htm 4/13 2019/14/24 采用UC3842的反激开关电源调试及仿真电子发烧友网 C1 amplitude: 311 frequency 50 220u 反,可 图4整流电路原理图 实际电路运行过程中,由于各种原因会产生电磁干扰,因此需要在市电和整流桥之间添加 双向滤波电路,在避免电网对电源造成的同时也避免了电源对电网造成的干扰。图5所示为电 磁干扰滤波电路原理图,其中C1、C2用来抑制差模干扰,L、C3、C4用来抑制共模干扰,具 体的选取规则可以参考表1进行。 输入 输出 8 mH C C 2200F4 0.1uF O.IuFLc. 接大地 输入 2200pF·5 输出 图5电磁干扰滤波电路 表1电感量与额定电流的关系 额定申流/A 12 电感量/mH 8-23 040802403014100951m 由于仿真电路中模型比较理想化,不存在垬模干扰和差模τ扰,故在仿真模型搭建过程中 省略了电磁干扰滤波电路。 3.2、启动电路的设计 本文设计了供电绕组给UC3842供电,但是在电路达到稳态以前,供电绕组无法给芯片供 电,因此需要设计启动电路。常规的做法是采用阻容串联电路提供启动电压,等到电路达到稳 态后,由供电绕组供电。 图4为阻容供电电路。由图4可知,电源通过r1对电容C2充电,当电容电压到达16V以 后,芯片启动。此后由于电阻r1提供的电流不足以使芯片正常工作,电容c2上电压下降到 14V,即供电绕组电压,芯片由供电绕组供电。为了使电路正常工作,当电容电压达到16V以 后,充电电流必须大于启动电流且小于UC3842的工作电流, m.elecfans com/article/611545 htm 5/13 2019/14/24 采用UC3842的反激开关电源调试及仿真电子发烧友网 图6启动电路原理图 -16 u以 HerLE 当电阻不满足上述条件时,芯片可能无法启动或者电容电压持续上升导器件损坏。 33、UC3842外围电路设计 4 图7UC3842外围电路 图7所示为UC3842芯片的外围电路。为使电路工作在预定的工作状态,需要设置芯片的 外部元件参数。本次设计的反激式开关电源工作在50KHz,根据芯片的数据手册可知,芯片 的工作频率: m.elecfans com/article/611545 htm 6/13 2019/14/24 采用UC3842的反激开关电源调试及仿真电子发烧友网 1.72 7c6 故本文选择r7=10k,c6=3.3n,电路工作在52.1KHz情况下,非常接近预定频率。芯片 的1、2脚之间需要接阻容并联电路进行环路补偿,可根据数据手册选择电阻150k,电容 100p.2脚需要接反馈电压,选择47k和10k电阻串联分压,进而提供反馈电压。电阻的选择不 宜过大也不宜过小。电阻过大,由于芯片分流的作用将导致反馈电压不准确;电阻太小将增大 损耗,降低电路的效率。6脚串联一个20Ω左右的电阻驱动开关管。 3.5、输出电路的设计 T= 说烧 图8输出电路原理图 本文设计的电路输出为12V、2A,由变压器经二极管对电容充电得到。电容 容值越大,输岀电压纹波越小。根据反激式电路的工作原理,可以知道: CAL=lDmaxT 故 △ 设定电压纹波系数,根据上式就可以求得滤波电容的数值,假设纹波系数为 1%,即△U=12×1%=012,则有C=2×0.4×2×F=133x10F=133F。 0.12 实际应用中可以取更太的电容以降低电压纹波,本文选用220uF的电容进行 仿真与试验 m.elecfans com/article/611545 htm 7/13 2019/14/24 采用UC3842的反激开关电源调试及仿真电子发烧友网 图9供电回路 图9所示为供电回路电路图,它是输出电路的一部分,供电电压设计为14V,输出电压经 二极管给分压电容充电。当RC启动电路中电容电压低于14V时,供电绕组对电容充电,使其 保持恒定。当电容电压高于14V时,由于二极管承受反压,充电回路断开,仅仅有分压电容供 电 4、仿真与试验 本文基于上述分析设计了一个反激式开关电源,并且在开关电源仿真软件 saber中搭建了 仿真模型进行仿真。 Sabera模拟及混合信号仿真软件是美国 Synopsys公司的一款EDA软件 被誉为全球最先进的系统仿真软件,其仿真结果更接近实际结果,因此具有较高的可靠性。本 文在 saber中搭建了仿真模型,验证了设计的正确性。 过片短 图10仿真程序总图 m.elecfans com/article/611545 htm 8/13 2019/14/24 采用UC3842的反激开关电源调试及仿真电子发烧友网 Gr即 M:18 图11输出电压波形 9:10 图12输出电流波形 m.elecfans com/article/611545 html 9/13 2019/14/24 采用UC3842的反激开关电源调试及仿真电子发烧友网 V: 1(81 100 图13供电绕组电压波形 从以上波形可以看出,输出电压和电流波形都出现了阶跃,这是因为没有达到启动电压之 前芯片没有启动,到达启动电压之后,芯片启动,仿真波形出现阶跃现象。总之仿真波形达到 了预设的目标,本文提出的开关电源设计模型完全正确。 1赞( 收藏 华PCB〓 原价359元H, 5-10m3天发货 现价298元/m 广东省5m节省260元6m节省312元7m节省364元 了解详情》)活动期限:4月23日-5月31日 包邮8m节省416元9m节省468元10m节省520兀 相关话题 开关电源 +关注 uC3842 +关注 电子发烧友网 收听电子行业动态,抢先知晓半导体行业 评论(0) m.elecfans com/article/611545 htm 10/13

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