【正文】 S＝ ，磁路有 效長(zhǎng)度 L＝ ，飽和磁通密度 BS＝ 。 19 元件的選擇 1 變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì) 依據(jù) UC3842 應(yīng)用方式， 選 定 定時(shí)電阻 RT＝ ， 定時(shí) 電容 CT＝10μF。另外高頻下線路的寄生參數(shù)對(duì)線路的影響程度難以預(yù)料，整個(gè)電路的穩(wěn)定性、運(yùn)行特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會(huì)比較困難。開關(guān)頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也越好。 控制電路形式為它激式，采用 UC3842 為 PWM 控制電路 。如果過流取樣電壓達(dá)到 1 V 左右，則自動(dòng)持續(xù)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)脈沖，避免輸出電壓超高損壞負(fù)載電路和開關(guān)管。 為了使振蕩頻率穩(wěn)定 ， C12 的充電電壓取自 UC3842⑧腳內(nèi)部的 5 V 基準(zhǔn)電壓。 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 18 電路。為了提高升壓電路的可靠性， UC3842 采用多路取樣的控制方式形成保護(hù)電路。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。 升壓型開關(guān)電源 由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路見圖 35。此部分電路中，利用 MOS FET 管的快速開關(guān)特性對(duì) VT VT3 的導(dǎo)通／截止進(jìn)行控制，使 VT VT3 開關(guān)損耗進(jìn)一步降低。此時(shí) VT1 的 N 溝道 FET 管截止。在 L2 存儲(chǔ)能量期間， VT2 也反偏截止。當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖達(dá)到截止點(diǎn)時(shí)， Cl2 充電電壓最大。當(dāng) IC1⑹腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖為高電平時(shí)， VT1 內(nèi)部 P 溝道 FET 管截止， N 溝道 FET 管導(dǎo)通， VT2 柵極通過 R VT 1⑺腳和⑴腳得到電壓， VT2 導(dǎo)通，輸入電壓通過 VT2 源一漏極加到 L2 左端，由電源向 L2 存儲(chǔ)磁能，同時(shí)向負(fù)載供電。 為了實(shí)現(xiàn) VT VT 3 的輪流導(dǎo)通，電路中由雙場(chǎng) 效應(yīng)管 VT 1 組成驅(qū)動(dòng)脈沖相位分離電路。 V2 為反壓 10V、最大電流 30A 的肖特基二極管，當(dāng)負(fù)載電流最大時(shí)，其飽和壓降在 左右。開關(guān)管 VT2 為 P 溝道FET 管 IRF4905，其漏源極導(dǎo)通電阻為 20M?，關(guān)斷時(shí)間 80ns。 ○ 7 腳為供電端，接入 8～ 16V 輸入電壓。 ○ 5 腳為共地端。 R C10設(shè)定振蕩器的脈沖頻率。電容器 C11 為高次諧波旁路電容，以避免脈沖尖峰使保護(hù)電路誤動(dòng)作。在 1V以下，可以控制輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的脈寬，達(dá)到 1V，則瞬間關(guān)斷輸出脈沖。比較器的反向輸入端在集成電路內(nèi)部，由5V基準(zhǔn)電壓分壓得到 基準(zhǔn)電壓。 ○ 2 腳為比較器正向輸入端。外電路接入 R2 作為負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定增益 。由于 MOSFET 管無存儲(chǔ)效應(yīng)，可以將死區(qū)時(shí)間 TD 設(shè)置短一些，更利于在穩(wěn)壓電路的控制下大范圍改變脈寬速度，以實(shí)現(xiàn)更大的穩(wěn)壓范圍。低 內(nèi)阻的 MOSFET 管 D－ S 極并聯(lián)接入續(xù)流二極管，使電路等效內(nèi)阻大幅度降低，儲(chǔ)能電感能量釋放電流增大，向負(fù)載放電。存儲(chǔ)能量正比于 Tn的脈沖寬度。其基本技術(shù)參數(shù)如下：輸入電壓 8～ 16V，輸出電壓 5V，最大負(fù)載電流 10A，輸出端脈沖紋波峰值 80mV，輸入電壓、負(fù)載電流以及環(huán)境溫度在額定范圍內(nèi)變化時(shí)輸出電壓變動(dòng)小于 2 %，環(huán)境溫度 10～ +70℃，變換器頻率 120KHz，在允許的輸入電壓范圍內(nèi)，負(fù)載電流最大時(shí)開關(guān)電源的平均效率 95％。芯片輸出部分由 OUT 端驅(qū)動(dòng)單 MOSFET管， C V3 對(duì)開關(guān)管有電壓鉗位作用 [1]。 C R7 構(gòu)成信號(hào)的有源濾波。 Vcc 同時(shí)也作為輔助反饋繞組 N3 的反饋電壓。輸出經(jīng)整流、濾波送負(fù)載。該電路變換器是一個(gè)降壓型開關(guān)電路。 圖 33 是反激式開關(guān)電源原理圖，其中的控制芯片采用 UC3842。④腳和⑧腳外接 RT、 CT 構(gòu)成定時(shí)電路， CT 的充電與放電過程構(gòu)成一個(gè)振蕩周期，其振蕩頻率可由下式近似得出： TTTTC 11 CRCRTf ??? 14 （ 3－ 1） UC3842 的典型應(yīng)用電路 反激式開關(guān)電源 反激電路中的變壓器起著儲(chǔ) 能元件的作用，可以看作是一對(duì)相互耦合的電感。 (7) 內(nèi)部振蕩器的頻率由④腳外接電阻與⑧腳外接電容設(shè)定。利用①腳和③腳的電平關(guān)系，在外電路控制鎖存器的開 /閉，使鎖存器每個(gè)周期只輸出一次觸發(fā)脈沖。 (6) 過流檢測(cè)輸入端可對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行控制，直接控制每個(gè)周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到 %／ V。 (5) 內(nèi)設(shè)過流保護(hù)輸入 (3 腳 )和誤差放大輸入 (1 腳 )兩個(gè) PWM 控制端。若驅(qū)動(dòng)雙極型三極管，應(yīng)加入開關(guān)管截止加速 RC 電路，同時(shí)將內(nèi)部振蕩器 的頻率限制在 40 kHz 以下。 (3) 內(nèi)設(shè) 5 V(50 mA)基準(zhǔn)電壓源，經(jīng) 2∶ 1 分壓后作為取樣基準(zhǔn)電壓。處于正常工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在 10～ 34 V 之間，負(fù)載電流為 15 mA。 1 A。 UC3842 的使用特點(diǎn) (1) 采用 單端圖騰柱式 PWM 脈沖輸出，輸出驅(qū)動(dòng)電流為177。上晶體管導(dǎo)通下晶體管截止，輸出高電平；下晶體管導(dǎo)通上晶體管截止，輸出低電平；上下兩晶體管均截止，則輸出為高阻態(tài)。兩晶體管的基極分別接前級(jí)的 13 控制。 圖騰柱輸出電路 [1](Totem Pole)：由于此結(jié)構(gòu)畫出的電路圖有點(diǎn)像印第安人的圖騰柱，所以叫圖騰柱式輸出，也叫圖騰式輸出。 (7) PWM 鎖存電路：保證每一個(gè)控制脈沖作用不超過一個(gè)脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。 (6) 欠壓鎖定電路 VVLO：開通閾值 16V，關(guān)閉閾值 10V。 (5) 電流取樣比較器：③腳 ISENSE 用于檢測(cè)開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當(dāng) VISENSE1V 時(shí)，關(guān)閉輸出脈沖，使開關(guān)管關(guān)斷。 12 圖 32 UC3842 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) (1) 5v 的基準(zhǔn)電源 :內(nèi)部電源 ,經(jīng)衰減得到 作為誤差比較器的比較基準(zhǔn) .該電源還可以提供外部 5v/50mA. (2) 振蕩器 :產(chǎn)生波振蕩 .RT 接在 4RET 8 腳之間 ,CT 接 4GND5 之間 . 頻率 f=,最大為 500kHz. (3) 誤差放大器：由 VFB 端輸入的反饋電壓和 做比較，誤差電壓 COMP 用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。 ○ 8 腳為內(nèi)部 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端 ，有 50mA 的負(fù)載能力。 ○ 6 腳為推挽輸出端 ，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為 50ns 驅(qū)動(dòng)能力為177。 ○ 2 腳為誤差放大器的取樣電壓輸入端 ，此腳電壓與誤差放大器同相端的 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度； ○ 3 腳為 PWM 比較器的另一輸入端 ，當(dāng)檢測(cè)電壓超過 lV時(shí)停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)； ○ 4 腳為定時(shí)電容 CT 端， 內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定， f=／ (RT CT)。端 1 為 COMP 端；端 2 為反饋端；端 3 為電流測(cè)定端；端 4 接 Rt、 Ct 確定鋸齒波頻率；端 5 接地；端 6 為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端 7 為集成塊工作電源電壓端，可以工作在 8～ 40V；端 8 為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓 5V，帶載能力 50mA。 UC3842 為 8 腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖 1 所示。典型的 UC3842 就是其中的代表，它功能完善， 性能可靠，目前廣泛被各種普通電源采用，還被用于有源因數(shù)改善電路和高壓升壓式開關(guān)電源中。 10 圖 24 輸出過電壓保護(hù)電 第 3 章 UC3842 UC3842 簡(jiǎn)介 繼 MC139 AN5900 之后，人們又開發(fā)出功能更完善的它激單端輸出驅(qū)動(dòng)集成電路。穩(wěn)壓管 VS 的擊穿，電壓稍大于輸出電壓額定值，輸出正常時(shí)， VS 不導(dǎo)通，晶閘管 V 的門極電壓為零，不導(dǎo)通。同樣如果輸出電壓 UO 減小，可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高 [ 10]。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器 TL431 和光電耦合器反饋到 UC3842 的 ⑴ 腳，調(diào)節(jié) R R2 的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)到較高的穩(wěn)壓精度。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時(shí)與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個(gè)電源的效率 [1]。輸出脈沖關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流平均值的保護(hù)，屬于截流式保護(hù)。開關(guān)管上的電流 變化 會(huì)使UR2 變化 ， UR2 接入 UC3842 的保護(hù)輸入端⑶腳， 當(dāng) UR2＝ 1V 時(shí)， UC3842芯片 的 輸出脈沖 將 關(guān)斷。 反饋電路 電流反饋電路 電流反饋電路采用電流互感器 ，通過 檢測(cè)開關(guān)管上的電流 作為采樣電流 ，原理如圖 22 所示。 CC3 跨接在輸出端，能有效地抑制共模干擾。圖 21 所示濾波電路是一種復(fù)合式 EMI 濾波器， L L2 和 C1 構(gòu)成第一級(jí)濾波，共模電感 L3 和電容 C C3 進(jìn)行第二級(jí)濾波 圖 21 輸入濾波電路 C1 用于濾除差模干擾，選用高頻特性較好的薄膜電容。 P 基區(qū)與 N 漂移區(qū)之間形成的 PN 結(jié)反偏，漏源極之間無電流流過；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓 UGS，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過，但柵極的正電壓會(huì)將其下面 P 區(qū)中的空穴推開，而將 P 區(qū)中的電子吸引到柵極下面的P 區(qū)表面。其中 G 為 柵極， S 為源極， D 為漏極。其特點(diǎn)是：用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過 10 kW 的電源電子裝置 。 主要 應(yīng)用 范圍：開關(guān)電源、適配器、充電器、 UPS、 DVD、空調(diào)及其 7 它家用電器等產(chǎn)品 [6]。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)（開關(guān)信號(hào)），不適合傳輸模擬信號(hào)。肖特基二極管的不足之處是：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)，其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于 200 V 以下；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度 [ 4] 。 (3) 肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管 (SBD)，簡(jiǎn)稱為肖特基二極管。采用外延型 PiN 結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管 (Fast Recovery Epitaxial Diodes， FRED)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短 (可低于50 ns)，正向壓降也很低 ( V 左右 )，但其反向耐壓多在 400 V 以下。 (2) 快恢復(fù)二極管 (FRD) 快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，簡(jiǎn)稱為快速二極管。其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在 5 s 以上，這在開關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。 RKA 圖 1－ 3 tl431 的外觀和管腳 電力二極管 電力二極管可分為普通二極管 , 快恢復(fù)二極管 ,肖特基二極管三種。 TL431 特點(diǎn)： （ 1）最大 輸出電壓為 36V； （ 2） 電壓參考誤差： 177。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。在主電路和控制 電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見往往用理想開關(guān)來代替實(shí)際 5 開關(guān)。 (2) 開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí) (通態(tài) )阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時(shí)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在 20 kHz 以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性 [2]。合理設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開關(guān)電源的高效率 ； （ 4）安全可靠。開關(guān)電源的交流輸入電壓在 90~270 V 內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在 177。開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在 80%～ 90%，高的可達(dá) 90%以上