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開關(guān)穩(wěn)壓電源由于具有功耗小，效率高，體重輕等優(yōu)點(diǎn)，所以在電子電力技術(shù)領(lǐng)域中占有重要地位。開關(guān)穩(wěn)壓電源主要由脈沖寬度調(diào)（PWM）制控制芯片、MOSFET/IGBT和變壓器構(gòu)成，通過PWM控制開關(guān)管通斷的時(shí)間比率來穩(wěn)定電源電壓輸出。UC3842作為國內(nèi)廣泛應(yīng)用的電源芯片，具有管腳少、外圍電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合該芯片特點(diǎn)設(shè)計(jì)出保護(hù)電路、反饋電路和開關(guān)管外圍電路等，同時(shí)提出PCB布局上應(yīng)注意的問題以及相關(guān)建議，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電路多路輸出的可行性。

1、UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電路圖

如圖1所示為UC3842內(nèi)部組成框圖。1引腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端口，此引腳與2引腳形成反饋網(wǎng)絡(luò)，使誤差放大器補(bǔ)償產(chǎn)生穩(wěn)定的閉環(huán)轉(zhuǎn)換器響應(yīng)和較大的增益帶寬。2引腳為反饋電壓輸入端，反饋電壓通過分壓電阻產(chǎn)生的電壓輸入誤差放大器反相端與基準(zhǔn)電壓分壓2.5V比較，產(chǎn)生電壓差進(jìn)而控制芯片輸出信號(hào)占空比。3引腳為電流檢測端，通過采樣電阻把母線電流轉(zhuǎn)換為電壓，當(dāng)該電壓大于1V則關(guān)斷芯片PWM輸出，進(jìn)而保護(hù)電路。4引腳為內(nèi)部振蕩器輸入端，由外部的Rt、Ct確定電路的工作頻率。5引腳為地端。6引腳為芯片輸出端，輸出電流±1A，可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET。7引腳為電源端，由母線通過分壓電阻供電。8引腳為基準(zhǔn)電壓輸出端，為外部提供精準(zhǔn)5V電壓，帶載能力為50mA。

2、應(yīng)用電路的工作原理分析

1）AC-DC電路

AC-DC電路將交流變成直流，是反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)的先決條件。圖2為AC-DC電路，其中，輸入交流電壓為60~220V，電阻1R2為正溫度系數(shù)熱敏電阻，防止過流。1R1為壓敏電阻用于旁路浪涌電壓。在PCB布線要求上，壓敏電阻與零線間采用蛇形走線，若壓敏電阻損壞，則可及時(shí)斷開壓敏電阻而不至于因?yàn)閴好綦娮瓒搪窡龤щ娐钒?。共模扼流圈和差模電感?L1、1L2）分別濾除共模和差模干擾，由全橋整流電橋整流出直流電為后續(xù)電路供電。

2）啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)

本電路設(shè)計(jì)母線電壓為70~310V，而UC3842正常工作電壓為10~30V，所以不能由母線電壓直接給UC3842供電，由此可設(shè)計(jì)電阻1R4~1R7和電容1EC2組成RC電路作為芯片啟動(dòng)電路。輸入電壓通過分壓電阻給電容1EC2充電，當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到UC3842的開啟電壓即16V時(shí)，3842芯片啟動(dòng)后，需要保持3842_7引腳大于10V，否則會(huì)引起芯片欠壓閉鎖。此外，UC3842在正常工作后由變壓器的次級(jí)線圈輸出供電，所以1EC2不斷的充電放電的過程，但電容上的電壓不會(huì)小于10V。

設(shè)開關(guān)電源的起振電壓U=70V，而UC3842的開啟電壓為16V，由UC3842數(shù)據(jù)手冊(cè)可得啟動(dòng)電流I小于1mA，所以分壓電阻最小阻值為Rmin=（Umin-16）/I=54kΩ。電路設(shè)計(jì)選取Rmin=50kΩ。若輸入電壓U=300V，則分壓電阻最大阻值：Rmax=（Umax-16V）/I=285kΩ電路設(shè)計(jì)選取Rmax=250kΩ。分壓電阻阻值選取范圍50~250kΩ?？紤]到UC3842啟動(dòng)時(shí)，部分能量可由電容1EC2提供，且UC3842啟動(dòng)后的工作電流為17mA，在本電路設(shè)計(jì)中分壓電阻選取100kΩ阻值。本電路設(shè)計(jì)分壓電阻封裝為1812，功率為1/2W。此外，還需要特別考慮UC3842的啟動(dòng)電路分壓電阻所承受的功率問題，采取通過分壓電阻給予UC3842提供電流的方式，故此在保持分壓電阻阻值不變的情況下，用四個(gè)電阻串并聯(lián)的方式增加分壓電阻的總功率以保證電路正常工作。如果芯片電源端出現(xiàn)高壓時(shí)，由于芯片內(nèi)部電源端穩(wěn)壓二極管作用，把輸入高壓穩(wěn)定于34V，保護(hù)芯片，所以分壓電阻對(duì)精確度要求不高。

3）反饋回路設(shè)計(jì)

變壓器次級(jí)線圈在整流濾波后，通過電阻1R9和1R12分壓，輸入到芯片內(nèi)部誤差比較器的反向輸入端（反饋端）和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓分壓（2.5V）比較，以此控制PWM占空比。所以可令1R12=1.2kΩ，1R9=5.1kΩ。變壓器的次級(jí)線圈通過功率電阻1R8濾除高頻干擾，同時(shí)快速消耗變壓器次級(jí)線圈的能量，由此可以降低反饋電壓紋波，可以更精確控制輸出PWM占空比。

4）振蕩電路設(shè)計(jì)

UC3842輸出PWM頻率由芯片外部的Rt、Ct決定。芯片內(nèi)部輸出5V的基準(zhǔn)電壓通過定時(shí)電阻1R13給定時(shí)電容1C8充電，電容1C8通過芯片內(nèi)部的電流源放電。本電路設(shè)計(jì)的頻率是40kHz，如果PWM頻率過高（50kHz以上）則MOSFET柵極電荷不能完全放電，或者容易引起變壓器磁路飽和，這都將導(dǎo)致初級(jí)線圈長時(shí)間通電，燒毀變壓器。但是頻率過低的話，則存在系統(tǒng)響應(yīng)慢，線性調(diào)整率精度偏低等問題。根據(jù)頻率公式：

由上式可以看出電路開關(guān)頻率即振蕩頻率由Rt、Ct決定。因此當(dāng)Rt、Ct一定時(shí)，Rt與Ct的值有多種搭配方式。大電阻配小電容，小電阻配大電容，振蕩頻率相同，但是鋸齒波形不同。

5）MOSFET外圍電路設(shè)計(jì)

電阻1R16（10~20Ω）與MOSFET的柵極串聯(lián)，能減小漏極尖峰電壓作用，防止由MOSFET的柵-源極分布電感與MOSFET電容引起自激振蕩。同時(shí)MOSFET在關(guān)斷時(shí)，電流會(huì)與漏源間的寄生電容Cds產(chǎn)生振蕩，通過柵源間寄生電容Cgs分壓耦合到柵極，會(huì)使柵極電壓產(chǎn)生很高的尖峰，影響到前級(jí)電路，所以電阻1R16也起到UC3842與MOSFET的隔離作用。PCB設(shè)計(jì)中，芯片輸出端到MOSFET柵極的走線盡可能短，以避免走線電感引起柵極振蕩。電阻1R18一般選擇10kΩ，串聯(lián)在柵極和地之間，或者在二極管1D6和電阻1R15中間到地串接一CBB電容，都可及時(shí)給柵極電容放電，以避免MOSFET長時(shí)間導(dǎo)通而造成電路短路。二極管1D6和電阻1R15加快MOSFET關(guān)斷，為柵極電荷提供低阻抗回路，防止MOSFET誤動(dòng)作，一般選擇關(guān)斷迅速的高頻二極管。

6）過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

電流Is通過采樣電阻1R19轉(zhuǎn)換成電壓輸入3引腳，和UC3842內(nèi)部鉗位電壓1V進(jìn)行比較，產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)入RS鎖存器，由鎖存器決定是否關(guān)斷PWM的輸出。若輸入3引腳的電壓到達(dá)其門限值，則電流保護(hù)電路開始生效，馬上停止PWM輸出，保護(hù)電路。1R17、1C14組成簡單的RC濾波電路，濾除尖峰電壓，以免造成電流檢測電路誤動(dòng)作。流過Rs（即1R19）電流Is為母線最大電流：

本電路設(shè)計(jì)變壓器初級(jí)線圈的輸入電壓即母線電壓范圍70~200V，母線電流為400mA，所以使用1R19=0.5Ω可滿足本電路設(shè)計(jì)要求。

7）變壓器初級(jí)線圈保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

由1C10、1R14、1C11和1D3組成變壓器初級(jí)線圈的保護(hù)電路，當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，使殘留在變壓器初級(jí)線圈的能量可以快速釋放；而變壓器產(chǎn)生的尖峰電壓可通過此電路兩個(gè)無極性CBB電容消除，以保證MOSFET正常工作，同時(shí)可減小初級(jí)線圈對(duì)次級(jí)線圈輸出紋波的影響。PCB的布局上，上述電路必須靠近變壓器的初級(jí)線圈，這樣變壓器初級(jí)線圈上的殘余能量有最短的對(duì)地回流路徑。

3、應(yīng)用電路的調(diào)試

1）開關(guān)電源輸出電壓測試

電路輸入交流電50V，UC3842開始工作，變壓器的次級(jí)線圈輸出12V、15V兩個(gè)電壓。15V作為芯片的反饋電壓，12V電壓作為后續(xù)模擬電路的輸入電壓。

電路開始正常工作后，用示波器觀察15V反饋端的電壓及其紋波。變壓器15V輸出端輸出電壓為13.2V，紋波為160mV以內(nèi)。13.2V由反饋電阻阻值比決定，在沒有使用低ESR去耦電容的情況下，160mV的紋波是一個(gè)較理想的數(shù)據(jù)。

2）其他設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在初次實(shí)驗(yàn)中，變壓器12V輸出端輸出電壓為10.5V左右，紋波為12V，完全達(dá)不到模擬電壓供電的峰峰值要求?？紤]到開關(guān)變壓器線圈能量釋放的快慢會(huì)影響到輸出電壓的紋波，所以調(diào)小輸出端的負(fù)載電阻，再用示波器觀察可以看到峰峰值明顯降低，但還是沒有達(dá)到模擬供電的基本要求。進(jìn)一步改進(jìn)：在12V輸出端處增加濾波電路。再次測試，輸出電壓沒變，但是紋波極大的改善，峰峰值可以達(dá)到680mV以內(nèi)。

分析上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出造成輸出電壓峰峰值大的原因：①變壓器初級(jí)線圈能量無法在MOSFET關(guān)斷到開通這段時(shí)間內(nèi)釋放完；②次級(jí)線圈元器件選型上沒有采用等效串聯(lián)阻抗低的固態(tài)鋁電容，且沒有串聯(lián)磁珠；③MOSFET的柵極和源極之間缺少并聯(lián)的電阻去釋放MOSFET關(guān)斷是產(chǎn)生的尖峰電壓。綜合調(diào)整后，波形的峰峰值可以達(dá)到300mV以內(nèi)。由于變壓器12V電壓輸出端不是由UC3842反饋控制，存在不可控因素，輸出紋波較反饋回路差是正常結(jié)果。

4、結(jié)論

文中主要討論UC3842外圍電路參數(shù)設(shè)計(jì)，同時(shí)提供了完整的設(shè)計(jì)電路。UC3842作為一種高性能電流控制型脈寬調(diào)制芯片，具有外圍電路簡單，轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明UC3842可運(yùn)用在多路輸出開關(guān)電源上，有良好的性能，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，同時(shí)還有很強(qiáng)驅(qū)動(dòng)MOSFET能力，可用于多種抗干擾能力較強(qiáng)的場合，但電路對(duì)變壓器設(shè)計(jì)和PCB布局上都要求較高。