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干货:开关电路中UC3842保护电路改进

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提到构造简单功能?#30475;?#30340;芯片,UC3842绝对值得一提。其管脚数偏少,却能够最大程度提高效率,但随着效率的提升,UC3842的所构成的开关电源保护电路问题也逐渐暴露出来。本篇文章就针对这个问题,对UC3842进行较为全面的分析。 UC3842的典型应用 UC3842的典型应用电路如图1所示。该电路主要由桥式整流电路,高频变压器,MOS功率管以及电流型脉宽调制芯片UC3842构成。其工作原理为:220V的交流电经过桥式整流滤波电路后,得到大约+300V的直流高压,这一直流电压被M0S功率管斩波并通过高频变压器降压,变成频率为几十kHz?#26408;?#24418;波电压,再经过输出整流滤波,就得到了稳定的直流输出电压。

提到构造简单功能?#30475;?#30340;芯片,UC3842绝对值得一提。其管脚数偏少,却能够最大程度提高效率,但随着效率的提升,UC3842的所构成的开关电源保护电路问题也逐渐暴露出来。本篇文章就针对这个问题,对UC3842进行较为全面的分析。


UC3842的典型应用

QQ图片20190315150618.png


UC3842的典型应用电路如图1所示。该电路主要由桥式整流电路,高频变压器,MOS功率管以及电流型脉宽调制芯片UC3842构成。其工作原理为:220V的交流电经过桥式整流滤波电路后,得到大约+300V的直流高压,这一直流电压被M0S功率管斩波并通过高频变压器降压,变成频率为几十kHz?#26408;?#24418;波电压,再经过输出整流滤波,就得到了稳定的直流输出电压。


其中高频变压器的自馈线圈N2中感应的电压,经D2整流后所得到的直流电压被反馈到UC3842内部的误差放大器并和基准电压比较得到误差电压Vr,同时在取样电阻R11上建立的直流电压也被反馈到UC3842电流测定比较器的同柑输入端,这个检测电压和误差电压Vt相比较,产生脉冲宽度可调的驱动信号,用来控制开关功率管的导通和关断时间,以决定高频变压器的通断状态,从而达到输出稳压的目的。图l中,R5用来限制C8产生的充电峰值电流。考虑到Vi及Vref上的噪声电压也会影响输出的脉冲宽度,因此,在UC3842的脚7和脚8上分别接有消噪电容C4和C2。R7是MOS功率管的栅极限流电阻。另外,在UC3842的输入端与地之间,还有34V的稳?#26500;埽?#19968;旦输入端出现高压,该稳?#26500;?#23601;被反向击穿,将Vi钳位于34V,保护芯片不?#28388;?#22351;。


过载保护的缺陷

当电源过载或输出短路?#20445;琔C3842的保护电路动作,使输出脉冲的占空比减小,输出电压降低,UC3842的供电电压也跟着降低,当低到UC3842不能工作?#20445;?#25972;个电路关闭,然后通过R6扦始下一次启动过程。这种保护被称为“打嗝”式(hiccup)保护。在这种保护状态下,电源?#36824;?#20316;几个开关周期,然后进入很长时间(几百ms到几s)的启动过程,因此,它的平均功率很低。但是,由于变压器存在漏感等原因,有的开关电源在每个开关周期都有很高的开关尖峰电压,?#35789;?#22312;占空比很小的情况下,辅助供电电压也不能降到足够低,所以不能实现理想的保护功能。


电路稳定性的缺陷


QQ图片20190315150743.png

在图1所示的电路中,当电源的占空比大于50%,或变压器工作在连续电流条件下?#20445;?#25972;个电路就会产生?#20013;?#27874;振荡,引起电源输出的不稳定。图2表?#29590;?#21464;压器中电感电流的变化过程。没在t0时刻,开关开始导通,使电感电流以斜率m1上升,该斜率是输入电压除以电感的函数。t1时刻,电流取样输入达到由控制电压建立的门限,这导致开关断开,电流以斜率m2衰减,直?#26009;?#19968;个振荡周期。如果此时有一个扰动加到控制电压上,那?#27492;?#23558;产生一个△I,这样我们就会发现电路存在着不稳定的情况,即在一个固定的振荡器周期内,电流衰减时闸减少,最小电流开关接通时刻t2上升了△I+△Im2/m1,最小电流在下一个周期t3减小到(△I+△Im2/m4)(m2/m1),在每一个后续周期,该扰动m2/m1被相乘,在开关接通时交替增加?#22270;?#23567;电感电流,也许需要几个振荡器周期才能使电感电流为零,?#26500;?#31243;重新开始,如果m2/m1大于l,变换器将会不稳定。因此,图l所示的电路在某状态下存在着一定的失稳隐患。


保护电路的改进

针对上述分析,改进电路如图3所示,该电路具有以下特点。


QQ图片20190315150848.png


1)通过在UC3842的采样电压处接入一个射极跟随器,从而在控制电压上增加了一个与脉宽调制时钟同步的人为斜坡,它可以在后续的周期内将△I扰动减小到零。因此,?#35789;瓜低?#24037;作在占空比大于50%或连续的电感电流条件下,?#20302;?#20063;不会出现不稳定的情况。?#36824;?#35813;补偿斜坡的斜率必须等于或略大于m2/2,?#20302;?#25165;能具有真正的稳定性。


2)取样电阻改用无感电阻。无感电阻是一种双线并绕的绕线电阻,其精度高且容易做到大功率。采用无感电阻后,其阻抗不会随着频率的增加而增加。这样,?#35789;?#22312;高?#30331;?#20917;下取样电阻所消耗的功率也不会超过它的标称功率,因此也就不会出?#32456;?#26426;现象。


3)反馈电路改用TL43l加光耦来控制。我们都知道放大器用作信号传输时?#22841;?#35201;传输时间,并不是输出与输入同时建立。如果把反馈信号接到UC3842的电压反馈端,则反馈信号需连续通过两个高增益误差放大器,传输时间增长。由于TL431本身就是一个高增益的误差放大器,因此,在图3中直接采用脚1做反馈,从UC3842的脚8(基准电压脚)拉了一个电阻到脚l,脚2通过R18接地。这样做的?#20040;?#26159;,跳过了UC3842的内部放大器,从而把反馈信号的传输时间缩短了一半,使电源的动态响应变快。另外,直接控制UC3842的脚l还可简化?#20302;?#30340;频率补偿以及输出功率小等问题。


实验结果


QQ图片20190315150946.png


图4给出了UC3842检测电阻的电压波形和采样信号波形。从图4中可以看出,经过改进后的电路,其采样信号的波形紧紧跟随检测电阻的电压波形,没有出现非常大的尖峰电压。因此,该电路能有效避免因变压器漏感等异常干扰引起的电源误操作的问题,也能有效避免因电源占空比过大而引起的?#20302;?#19981;稳定的问题。


UC3842是一?#20013;阅?#20248;良的电流控制型脉宽调制器,但在?#23548;?#30340;应用过程中,它的保护电路存在着一定的缺陷,因此,在电源的设计过程中,必须对其保护电路进行改进。实验证明,经过改进后的保护电路使?#20302;承阅?#26356;加稳定可靠。

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  • liupoquan
    liupoquan 2019年03月16日 09:26:43 2楼
    楼主辛苦。谢谢分享!
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  • 屎太浓
    屎太浓 2019年03月18日 15:59:52 3楼
    确实是干货!?#34892;?#27004;主!
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  • 电力小吴
    电力小吴 2019年03月18日 21:19:21 4楼
    真是干货啊。。。。。。
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  • 线轴
    线轴 2019年03月20日 11:23:24 5楼
    楼主辛苦,?#34892;?#32463;验共享。
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  • jiayuntang
    jiayuntang 2019年03月22日 15:46:45 6楼
    学习了
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  • 杨建001
    杨建001 2019年03月27日 09:05:47 7楼
    学习了 谢谢分享
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  • yunrun2015
    yunrun2015 2019年03月27日 19:15:44 8楼

    楼主分享的的确是干货 技术文章http://yunrun.com.cn/tech/


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  • 蒋以华
    蒋以华 2019年03月28日 11:11:48 9楼
    电网中性点接地方?#25509;?#30005;网的电压等级、单相接地?#25910;?#30005;流、过电压水平以及保护配置等有密切的关系
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  • 谢千君
    谢千君 2019年03月28日 14:32:47 10楼
    很详细,很好。
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  • 冰河伊
    冰河伊 2019年04月09日 09:08:28 11楼
    楼主辛苦,?#34892;?#32463;验共享。
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