1、 UC3842 內部工作原理簡介

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 基準電壓進行比較，產生誤差電壓，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1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態；

④腳為定時端，內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數決定，f=1.8/(R_T×C_T)；

⑤腳為公共地端；

⑥腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns 驅動能力為±1A ；

⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，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 組成的開關電源電路

圖2 是由UC3842 構成的開關電源電路，220V 市電由C₁、L₁濾除電磁干擾，負溫度系數的熱敏電阻R_t1限流，再經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 提供啟動電壓，電路啟動后變壓器的付繞組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R₇、R₈分壓后驅動MOSFEF 功率管，變壓器原邊繞組①②的能量傳遞到付邊各繞組，經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R₉、C₉濾濾后送入UC3842 的③腳形成電流反饋環. 所以由UC3842 構成的電源是雙閉環控制系統，電壓穩定度非常高，當UC3842 的③腳電壓高于1V 時振蕩器停振，保護功率管不至于過流而損壞。

電路上電時，外接的啟動電路通過引腳7提供芯片需要的啟動電壓。在啟動電源的作用下，芯片開始工作，脈沖寬度調制電路產生的脈沖信號經6腳輸出驅動外接的開關功率管工作。功率管工作產生的信號經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2腳送到內部的誤差比較放大器，與內部的基準電壓進行比較，產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，脈寬調制電路會使輸出脈沖的寬度變窄，則開關功率管的導通時間變短，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩定，反之亦然。鋸齒波振蕩電路產生周期性的鋸齒波，其周期取決于4腳外接的RC網絡。所產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。

圖2 UC3842 構成的開關電源

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改變R_4，以確定其反饋量的大小；四是根據保護要求來確定檢測電阻R₁₀的大小，通常R₁₀是2W、1Ω以下的電阻。

用UC3842做的開關電源的典型電路見圖①。

過載和短路保護，一般是通過在開關管的源極串一個電阻（R4），把電流信號送到3842的第3腳來實現保護。當電源過載時，3842保護動作，使占空比減小，輸出電壓降低，3842的供電電壓Vaux也跟著降低，當低到3842不能工作時，整個電路關閉，然后靠R1、R2開始下一次啟動過程。這被稱為“打嗝”式（hiccup）保護。

在這種保護狀態下，電源只工作幾個開關周期，然后進入很長時間（幾百ms到幾s）的啟動過程，平均功率很低，即使長時間輸出短路也不會導致電源的損壞。由于漏感等原因，有的開關電源在每個開關周期有很大的開關尖峰，即使在占空比很小時，輔助電壓Vaux也不能降到足夠低，所以一般在輔助電源的整流二極管上串一個電阻（R3），它和C1形成RC濾波，濾掉開通瞬間的尖峰。仔細調整這個電阻的數值，一般都可以達到滿意的保護。使用這個電路，必須注意選取比較低的輔助電壓Vaux，對3842一般為13～15V，使電路容易保護。

圖2、3、4是常見的電路。

圖2采取拉低第1腳的方法關閉電源。

圖3采用斷開振蕩回路的方法。

圖4采取抬高第2腳，進而使第1腳降低的方法。

注意電路中C4的作用，電源正常啟動，光耦是不通的，因此靠C4來使保護電路延遲一段時間動作。在過載或短路保護時，它也起延時保護的左右。在燈泡、馬達等啟動電流大的場合，C4的取值也要大一點。

圖1是使用最廣泛的電路，然而它的保護電路仍有幾個問題：

1. 在批量生產時，由于元器件的差異，總會有一些電源不能很好保護，這時需要個別調整R3的數值，給生產造成麻煩；2. 在輸出電壓較低時，如3.3V、5V，由于輸出電流大，過載時輸出電壓下降不大，也很難調整R3到一個理想的數值；3. 在正激應用時，輔助電壓Vaux雖然也跟隨輸出變化，但跟輸入電壓HV的關系更大，也很難調整R3到一個理想的數值。這時如果采用輔助電路來實現保護關斷，會達到更好的效果。輔助關斷電路的實現原理：在過載或短路時，輸出電壓降低，電壓反饋的光耦不再導通，輔助關斷電路當檢測到光耦不再導通時，延遲一段時間就動作，關閉電源。

通常，PWM型開關電源把輸出電壓的采樣作為PWM控制器的反饋電壓，該反饋電壓經PWM控制器內部的誤差放大器后，調整開關信號的占空比以實現輸出電壓的穩定。但不同的電壓反饋電路，其輸出電壓的穩定精度是不同的。

1 概述

本文首先對電流型脈寬控制器UC3842（內部電路圖如圖1所示）常用的三種穩定輸出電壓電路作了介紹，分析其各自的優缺點，在此基礎上設計了一種新的電壓反饋電路，實驗證明這種新的電路具有很好的穩壓效果。

2、 UC3842常用的電壓反饋電路

2.1 輸出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入

如圖2所示，輸出電壓Vo經R2及R4分壓后作為采樣信號，輸入UC3842腳2（誤差放大器的反向輸入端）。誤差放大器的正向輸入端接UC3842內部的2.5V的基準電壓。當采樣電壓小于2.5V時，誤差放大器正向和反向輸出端之間的電壓差經放大器放大后，調節輸出電壓，使得UC3842的輸出信號的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩定在設定的電壓值。R3與C1并聯構成電流型反饋。

這種電路的優點是采樣電路簡單，缺點是輸入電壓和輸出電壓必須共地，不能做到電氣隔離。勢必 引起電源布線的困難，而且電源工作在高頻開關狀態，容易引起電磁干擾，必然帶來電路設計的困難，所以這種方法很少使用。

2.2 輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入

如圖3所示，當輸出電壓升高時，單端反激式變壓器T的輔助繞組上產生的感應電壓也升高，該電壓經過D2，D3，C15，C14，C13和R15組成的整流、濾波和穩壓網絡后得到一直流電壓，給UC3842供電。同時該電壓經R2及R4分壓后作為采樣電壓，送入UC3842的腳2，在與基準電壓比較后，經誤差放大器放大，使腳6輸出脈沖的占空比變小，輸出電壓下降，達到穩壓的目的。同樣，當輸出電壓降低時，使腳6輸出脈沖的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩定在設定的值。

這種電路的優點是采樣電路簡單，副邊繞組、原邊繞組和輔助繞組之間沒有任何的電氣通路，容易布線。缺點是并非從副邊繞組直接得到采樣電壓，穩壓效果不好，實驗中發現，當電源的負載變化較大時，基本上不能實現穩壓。該電路適用于針對某種固定負載的情況。

2.3 采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓

如圖4所示，該開關電源的電壓采樣電路有兩路：一是輔助繞組的電壓經D1，D2，C1，C2，C3，R9組成的整流、濾波和穩壓后得到16V的直流電壓給UC3842供電，另外，該電壓經R2及R4分壓后得到一采樣電壓，該路采樣電壓主要反映了直流母線電壓的變化；另一路是光電耦合器、三端可調穩壓管Z和R4，R5，R6，R7，R8組成的電壓采樣電路，該路電壓反映了輸出電壓的變化；當輸出電壓升高時，經電阻R7及R8分壓后輸入Z的參考電壓也升高，穩壓管的穩壓值升高，流過光耦中發光二極管的電流減小，流過光耦中的光電三極管的電流也相應的減小，誤差放大器的輸入反饋電壓降低，導致UC3842腳6輸出驅動信號的占空比變小，于是輸出電壓下降，達到穩壓的目的。

該電路因為采用了光電耦合器，實現了輸出和輸入的隔離，弱電和強電的隔離，減少了電磁干擾，抗干擾能力較強，而且是對輸出電壓采樣，有很好的穩壓性能。缺點是外接元器件增多，增加了布線的困難，增加了電源的成本。

3 、線性光耦改變誤差放大器增益電壓反饋電路及實驗結果

3.1 采用線性光耦改變誤差放大器的增益

如圖5所示，該電壓采樣及反饋電路由R2，R5，R6，R7，R8，C1，光電耦合器、三端可調穩壓管Z組成。當輸出電壓升高時，輸出電壓經R7及R8分壓得到的采樣電壓（即Z的參考電壓）也升高，Z的穩壓值也升高，流過光耦中發光二極管中的電流減小，導致流過光電三極管中的電流減小，相當于C1并聯的可變電阻的阻值變大（該等效電阻的阻值受流過發光二極管電流的控制），誤差放大器的增益變大，導致UC3842腳6輸出驅動信號的占空比變小，輸出電壓下降，達到穩壓的目的。當輸出電壓降低時，誤差放大器的增益變小，輸出的開關信號占空比變大，最終使輸出電壓穩定在設定的值。因為，UC3842的電壓反饋輸入端腳2接地，所以，誤差放大器的輸入誤差總是固定的，改變的是誤差放大器的增益（可將線性光耦中的光電三極管視為一可變電阻），其等效電路圖如圖6所示。

該電路通過調節誤差放大器的增益而不是調節誤差放大器的輸入誤差來改變誤差放大器的輸出，從而改變開關信號的占空比。這種拓撲結構不僅外接元器件較少，而且在電壓采樣電路中采用了三端可調穩壓管，使得輸出電壓在負載發生較大的變化時，輸出電壓基本上沒有變化。實驗證明與上述三種反饋電路相比，該電路具有很好的穩壓效果。

3.2 實驗結果

將這種新的采用線性光耦改變誤差放大器增益的電壓反饋電路，用于一48V/12V的單端反激式DC/DC開關電源（最大輸出電流5A），顯示該電源輸出電壓穩定，帶負載能力強。圖7(a)－(h)分別給出了當負載為100Ω，25Ω，10Ω，3Ω時的輸出電壓和驅動波形，從波形可以看出，當負載電流逐漸增大時，驅動信號的占空比相應增大，但輸出電壓始終穩定在12.16V。

4、 結語

在單端隔離式PWM型電源中，電流型脈寬調制器UC3842有著廣闊的應用范圍，本文在分析了三種常用的電壓反饋電路的基礎上，設計了一種新的采用線性光耦改變UC3842誤差放大器增益的電壓反饋電路。實驗證明，新的電壓反饋電路使得穩壓精度高，負載適應性強。