【正文】 輸出電壓由傳遞的能量多少來(lái)控制，而傳遞能量的多少通過(guò)電感電流的峰值來(lái)控制。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感以 Vi／ L 的速度充電，把能量?jī)?chǔ)存在 L 中。 升壓斬波電 路 的基本原理 升壓斬波電路的結(jié)構(gòu)如圖 44。 電路輸出部分的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸出電路部分采用升壓式斬波電路。根據(jù) UC3842 關(guān)閉特性，可以很容易在電路中設(shè)置過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。為使環(huán)路得到最佳補(bǔ)償，可測(cè)試環(huán)路的穩(wěn)定度，測(cè)量 I0 脈動(dòng)時(shí)輸出電壓 V0 的瞬態(tài)響應(yīng)來(lái)加以判斷。 外補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) UC3842 誤差放大器的輸出端腳 l 與反相輸入端腳 2 之間外接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) RC3。在選擇開關(guān)功率管時(shí)，由于開關(guān)功率管應(yīng)能承受 630V 以上的高壓，為安全起見，應(yīng)采用耐壓 1000V 的 VMOS 管。 圖 42 PWM 脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路 他的輸出波形圖如圖 43： 共 45 頁(yè) 第 31 頁(yè) 圖 43PWM 輸出波形，占空比 50% 電路元器件參數(shù)設(shè)置： 根據(jù) MOS 管的工作頻率范圍，選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鏖_關(guān)頻率，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇的工作頻率是： f=40KHz 由此 UC3842 芯片的 工作頻率設(shè)計(jì)為 CtRtf ?? 根據(jù)設(shè)定的工作頻率為 40KHz，選擇適當(dāng)?shù)碾娙莺碗娮? 本系統(tǒng)選擇的是電阻： 1K, 電容： 45nf 供給 Vcc 腳的電壓是 16V， ② 腳 Vfb 的輸入基準(zhǔn)電壓是 5V。當(dāng)該腳的電壓超過(guò)正常值 達(dá)到 1V(即電流超過(guò) 1． 5A)時(shí)， UC3842 的 PWM 比較器輸出高電平，使 PWM 鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。 由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過(guò)壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。同時(shí)反饋線圈向 UC3842 供電。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。 PWM 脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路 圖 4－ 3 由分壓電阻 R 提供分得的電壓接入 uc3842 的 ⑦ （ Vcc）管腳， uc3842啟動(dòng)工作， 由 ⑥ 端（ output）輸出推動(dòng)開關(guān)管工作，輸出信號(hào)為高低電壓脈沖。選擇的 AWG 導(dǎo)線規(guī)格為 21，直徑為 （含漆皮） .磁芯選擇鐵鎳鉬磁芯，該磁芯具有高的飽和磁通密度，在較大的磁化場(chǎng)下不易飽和，具有較高的導(dǎo)磁率、磁性能穩(wěn)定性好（溫升低，耐大電流、噪聲?。?，適用在開關(guān)電源上。開關(guān)頻率越大，線徑 越小，但是所允許經(jīng)過(guò)的電流越小，并且開關(guān)損耗增大，效率降低。電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時(shí) ,會(huì)聚集于總導(dǎo)體表層 ,而非平均分布于整個(gè)導(dǎo)體的截面積中。 元件參數(shù)選擇： （ 1） 變壓器的選擇： 要輸出 U2=18V 的直流電，全橋整流電路的二次側(cè)輸出電 Un2。處于正常 共 45 頁(yè) 第 28 頁(yè) 工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在 10～ 34 V 之間，負(fù)載電流為 15 mA。當(dāng)取樣的電流超過(guò)指定的范圍，立即切斷負(fù)載，或者降低輸出電壓，然后過(guò)一段時(shí)間再自動(dòng)啟動(dòng)，接上負(fù)載，由繼電器來(lái)控制負(fù)載的連通性。在此情況下用集成芯片外加少量的電路即可構(gòu)成開關(guān)電源，穩(wěn)定性能較好，控制簡(jiǎn)單，芯片功耗幾乎可以忽略不計(jì)，且成本低。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是 DC～ DC 變換器，它包含了開關(guān)電源中的開關(guān)器件、儲(chǔ)能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器等所有功率器件和控制模塊，而控制模塊的設(shè)計(jì)又是DC/DC 的核心，一般 DC/DC 變換的控制模塊使用 PWM 調(diào)制的專用芯片，如TL494， UC3842 等。 共 45 頁(yè) 第 27 頁(yè) 第四章 利用 UC3842 設(shè)計(jì)開關(guān)穩(wěn)壓電源 電源設(shè)計(jì)指標(biāo) 要求該電源在電阻負(fù)載條件下滿足： （ 1） 輸出電壓 UO可調(diào)范圍： 30V～ 36V； （ 2） 最大輸出電流 I0max： 2A； （ 3） U2從 15V 變到 21V 時(shí)，電壓調(diào)整率 SU≤2%（ IO=2A）； （ 4） IO從 0 變到 2A 時(shí)，負(fù)載調(diào)整率 SI≤5%（ U2=18V）； （ 5） DCDC 變換器的效率 ?≥70%（ U2=18V,UO=36V,IO=2A）； （ 6） 具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流 IO（ th） =177。如果電路故障使 UC3842 輸出驅(qū)動(dòng)脈沖占空比過(guò)大時(shí)， VT7 導(dǎo)通時(shí)間將變長(zhǎng)，截止時(shí)間將縮短，其漏源極平均電流增大，致使過(guò)流取樣電阻 R R7 壓降增大，此時(shí) UC3842③ 腳電壓升高，通 過(guò)內(nèi)部比較器控制觸發(fā)器，使驅(qū)動(dòng)脈沖占空比減小。這種升壓電路適合不同輸入電壓輸入，取代了傳統(tǒng)的交流輸入 110/220 V 自動(dòng)切換電路。當(dāng) VT7 截止時(shí)，L5 產(chǎn)生的自感電勢(shì)與輸入整流電壓串聯(lián)連接，通過(guò)升壓二極管 V 電容 C7向負(fù)載供電。輸入經(jīng)負(fù)溫度系數(shù)電阻 NTC、橋式整流器、電容 C4，成為直流電壓，正極經(jīng) L5 并聯(lián)接入VT7。 UC3842在該開由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路見圖 35。 圖 35 由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路 在圖 35 中，升壓電路由 UC3842 為核心，構(gòu)成它激式開關(guān)電路。 VT7 導(dǎo)通時(shí)間正比于 L5 存儲(chǔ)能量，因此，控制 VT7 通斷占空比，可以控 共 45 頁(yè) 第 26 頁(yè) 制升壓幅度。當(dāng) VT7 導(dǎo)通時(shí)，輸入整流電壓經(jīng) L VT7 漏源極、 R6 完成回路，輸入整流電壓全部加在 L5 兩端，從而使電能變?yōu)榇拍艽鎯?chǔ)于 L5。儲(chǔ)能電感 L 開關(guān)管 VT7 組成斬波式開關(guān)穩(wěn)壓器， UC3842 構(gòu)成開關(guān)控制電路。由于 L2在磁 電的存儲(chǔ)／釋放過(guò)程中難免形成開關(guān)脈沖紋波，因此電路中濾波電容 C12 為 6 只 100μF 的電容并聯(lián)，以有效地降低電解電容的分布電感，使其高次諧波的濾波性能更好。使 VT2也截止， L2釋放磁場(chǎng)能量， V2正偏導(dǎo)通， VT 1⑤ 腳漏極輸出高電平經(jīng)過(guò) R7，使 VT 3導(dǎo)通，其漏源極低內(nèi)阻并聯(lián)在續(xù)流二極管 V2 兩端，使 L2 的釋放電流 增大。 在驅(qū)動(dòng)脈沖的截止期， IC1⑥ 腳輸出低電平， VT 1內(nèi)部 P 溝道 FET 管導(dǎo)通，將 VT 2的柵源極短路。在 VT2導(dǎo)通的同時(shí)， VT 1導(dǎo)通，其 ⑦ 腳和 ① 腳將 VT 3柵源極短路，使 VT3 截止。電流呈線性增長(zhǎng)。 VT1內(nèi)部由 P 溝道和 N 溝道 FET 對(duì)管組成。 VT 3 導(dǎo)通后，與 V2 并聯(lián)，將此電壓降低到 100mV，大大降低了開關(guān)管的損耗。 開關(guān)管 VT 3為 N 溝道 FET 管 IRF3205，其導(dǎo)通電阻 8M?，其漏 ——源極并聯(lián)接在續(xù)流二極管 V2兩端。 共 45 頁(yè) 第 25 頁(yè) 該電路的同步整流器由 VT VT2和 VT 3組成。 ⑥ 腳為 PWM 驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端，用以驅(qū)動(dòng) PN 溝道對(duì)管 VTl 組成的移相驅(qū)動(dòng)器。該振蕩器頻率設(shè)定為 120KHz。 ④ 腳為內(nèi)部振蕩器的外接定時(shí)電路端子， 5V 基準(zhǔn)電壓通過(guò)電阻向電容器 C10 充電。在圖 412 中，由電流互感器 T1 對(duì)開關(guān)管 VT2 導(dǎo)通電流取樣，經(jīng) V1 整流， R R6 分壓后，送入集成電路 ⑵ 腳作為開關(guān)管過(guò)流保護(hù)。 ③ 腳為高電平保護(hù)輸入端，其輸入電平保護(hù)閾值為 1V。穩(wěn)壓器輸出 5V 電壓，由 R R1 分壓，正常穩(wěn)壓狀態(tài)為 取樣電壓。 C8 作為頻率特性校正，避免比較器產(chǎn)生自激。 共 45 頁(yè) 第 24 頁(yè) 圖 34 基于同步整流技術(shù)的電源電路 UC3842 采用脈沖寬度調(diào)制方式穩(wěn)定輸出電壓，其各腳功能及外圍元器件作用如下： ① 腳為內(nèi)部誤差比較器的誤差檢測(cè)輸出端，在集成電路內(nèi)部控制脈寬調(diào)制器。死區(qū)時(shí)間的設(shè)定，是為了避免兩只不同功能開關(guān)管形成瞬間共態(tài)導(dǎo)通，造成供電電路短路損壞開關(guān)管。在驅(qū)動(dòng)脈沖 Tn截止后，經(jīng)過(guò)設(shè)定的死區(qū)時(shí)間 TD，脈沖間歇期的低電平輸出通過(guò)控制電路，使續(xù)流二極管上并聯(lián)的開關(guān)管導(dǎo)通。 設(shè)驅(qū)動(dòng)脈沖在 Tn 期間，變換器開關(guān)管導(dǎo)通，向電感存儲(chǔ)磁能。 共 45 頁(yè) 第 23 頁(yè) 圖 33 UC3842 組成的反激式電源 UC3842 控制的同步整流電路 圖 3－ 4 為使用它激式驅(qū)動(dòng)電路 UC3842 組成的 5V／ 10A 開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)管電流被 R10 取樣后，經(jīng) R C7 濾波，送芯片 ISENSE 端，當(dāng)反饋信號(hào)值超過(guò)閾值 1V 時(shí)，確認(rèn)過(guò)載，關(guān)斷電源輸出。 反饋比較電 路信號(hào)是從輔助繞組 N3 經(jīng)過(guò) V V C C4 等整流濾波后得到的 Vcc 分壓提取的。芯片所用的電源 Vcc 由 R2從整流后電壓提供 。由單管驅(qū)動(dòng)隔離變壓器 TC 主繞組 N1電流， C R3可以提供變壓器原邊泄放的通路。電源的輸出電壓等級(jí)有三種：＋ 5V、＋ 12V、－ 12V。工 作過(guò)程是：開關(guān)開通后， V 處于斷態(tài)，初級(jí)繞組的電流線性增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級(jí)繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過(guò)次級(jí)繞組和 V 向輸出端釋放。集成電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過(guò) ④ 腳引入外同步。因此，電路的抗干擾性極強(qiáng)，開關(guān)管不會(huì)誤觸發(fā)，提高了可靠性。如果 ③ 腳電壓大于 1 V 或 ① 腳電壓小于 1 V，PWM 比較器輸出高電平使鎖存器復(fù)位，直到下一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)才重新置位。誤差放大器輸入構(gòu)成主 PWM 控制系統(tǒng) ，可使負(fù)載變動(dòng)在 30％～ 100％時(shí)輸出負(fù)載調(diào)整率在 8 ％以下，負(fù)載變動(dòng)在 70％～ 100％時(shí)負(fù)載調(diào)整率在 3％以下。若驅(qū)動(dòng) MOSFET 管，振蕩頻率由外接RC 電路設(shè)定，工作頻率最高可達(dá) 500 kHz。 （ 4） 輸出電流為 200 mA，峰值為 1 A，既可驅(qū)動(dòng)雙極型三極管也可驅(qū)動(dòng)MOSFET 管。超出此限制，開關(guān)電源呈欠電壓或過(guò)電壓保護(hù)狀態(tài)，無(wú)驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。 (2) 啟動(dòng)電壓大于 16 V，啟動(dòng)電流僅 1 mA 即可進(jìn)入工作狀態(tài)。200mA，峰值可達(dá) 177。另外， VCC 與 GND 之間的穩(wěn)壓管用于保護(hù)，防止器件損壞。具有滯回特性。這實(shí)際上是一個(gè)過(guò)流保護(hù)電路。 Comp 端引出接外部 RC 網(wǎng)絡(luò) ,以改變?cè)鲆婧皖l率特性 . （ 4） 輸出電路：圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，電路 1A，驅(qū)動(dòng) MOS 管及雙極型晶體管。 UC3842 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) UC3842 為雙列 8 腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)集成電路，其內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、 PWM 鎖存電路、 5VC 基準(zhǔn)電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路等，見圖 32。l A； ⑦ 腳為啟動(dòng) /工作電壓輸入端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。 ⑤ 腳為接地端。 UC3842 的引腳及其功能 U c 3 8 4 2V c c7V r e f8R t / C t4V f b2C o m p1O u t6G n d5I S E N S E3 圖 3－ 1 UC3842 的引腳 UC3842 的引腳 如圖 3－ 1 所示 ，其中： ① 腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和 共 45 頁(yè) 第 20 頁(yè) 頻率特性 。主要由 基準(zhǔn)電壓源、用來(lái)精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測(cè)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(dòng)功率 MOSFET 的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。 UC3842 是美國(guó) Unitrode 公司 [14]生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。其特點(diǎn)是除內(nèi)部 PWM 系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護(hù)輸入和穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，同時(shí)還具有小電流啟動(dòng)功能。當(dāng)輸出過(guò)壓時(shí)， VS 擊穿， V 受觸發(fā)導(dǎo)通，使光電耦合器輸出三極管電流增大，通過(guò) UC3842 控制開關(guān)管關(guān)斷。 圖 23 電壓反饋電路 電壓保護(hù)電路 圖 24