反激型开关电源反馈回路的改进(UC3842)

电源是所有电子设备的动力来源，电源的性能直接影响到整个电子设备的可靠性和寿命。近几年,随着电源技术的飞速发展,高效率的开关稳压电源已逐步替代了传统的线性调节稳压电源,并得到广泛的应用，而开关稳压电源的反馈回路决定了开关电源的和整体性能。本文介绍的是一种基于电流型PWM芯片UC3842的开关电源的反馈回路设计。
1  UC3842原理与特性
UC3842是一种高性能的固定频率电流型脉宽集成控制芯片，是专为离线式直流变换电路设计的。其主要优点是电压调整率可达0.01%,工作频率高达500 kHz,启动电流小于1 mA,外围元件少。它适用于20～80 W的小功率开关电源。其工作温度为0～+70 ℃,输入电压为30 V,输出电流为1 A,能驱动双极型功率管或MOS管。UC3842采用DIP-8封装，其外部引脚图如图1所示。

　　　　图１  UC3842外部引脚图
各管脚功能简介如下:
脚1：输出/补偿，内部误差放大器的输出端。通常此脚与脚2之间接有反馈网络，以确定误差放大器的增益和频响;
脚2：电压反馈输入端。此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压(一般为+2.5 V)进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度;
脚3：电流取样输入端。在外围电路中，在功率开关管的源极串接一个小阻值的取样电阻，将脉冲变压器的电流转换成电压，此电压送入脚3，控制脉宽。当功率开关管的电流增大，取样电阻上的电压超过1 V时UC3842就停止输出，有效地保护功率开关管；
脚4：RT/CT。锯齿波振荡器外接定时电容C和定时电阻R的公共端；
脚5：接地脚；
脚6：输出端。此脚为图腾柱式输出，驱动能力是土1 A；
脚7：UCC，电源引脚。当开关电源启动时脚7供电电压应高于+16 V，若低于+16 V，则UC3842不能启动，此时耗电在1 mA以下。芯片工作后，VCC由反馈绕组提供，可在+l0～30 V之间波动，低于+l0 V停止工作，功耗为15 mW[2]；
脚8：Uref，基准电压输出。此脚可输出的+5 V基准电压，电流可达50 mA。
UC3842的内部结构框图如图２所示[1]。

　　　　　　图２  UC3842内部结构框图
2 基于UC3842的开关电源常用的电路典型结构
UC3842的典型应用电路图如图3所示。

           图3 UC3842的典型应用电路
该应用电路的工作原理是：直流电压U＋经电阻Rin降压后加到UC3842的供电端（脚7），为UC3842提供大于16 V的启动电压，启动过程完成后反馈绕组为UC3842提供维持正常工作的电压。当输出电压升高时，单端反激式变压器T1的反馈绕组上产生的感应电压也升高，该电压经R1及R3分压后作为采样电压，送入UC3842的脚2，在与基准电压比较后，经误差放大器放大，使UC3842的脚6输出驱动脉冲的占空比变小，输出电压下降，使输出电压稳定。同样，当输出电压降低时，使脚6输出脉冲的占空比变大，输出电压上升，终使输出电压稳定在设定值。
此电路结构简单，容易布线，成本低。但是UC3842的采样电压不是从输出端直接取得，输出电压稳压不高，当电源的负载变化较大时很难实现稳压，该电路只适用于负载变化不大的场合。
3 采用光耦和电压基准进行反馈控制的电路
为了满足负载变化较大时的供电要求，提高输出电压的稳定度，我们设计了一种从副边绕组输出端取样进行反馈控制的电路。电路如图4所示，电压采样及反馈电路由光耦PC817、TL431及与之相连的阻容网络构成。其控制原理如下：输出电压经R9、R10分压后得到采样电压，此采样电压与TL431提供的2.5 V参考电压进行比较，当输出电压正常(5 V) 时，采样电压与TL431提供的2.5 V参考电压相等则TL431的K极电位不变，流过光耦二极管的电流不变，流过光耦CE的

            图4  采用光耦和电压基准构成的反馈电路
电流不变，UC3842的脚1电位稳定，输出驱动的占空比不变，输出电压稳定在设定值不变。当输出５V电压因为某种原因偏高时，经分压电阻R9、R10分压值就会大于2.5 V，则TL431的K极电位下降，流过光耦二极管的电流增大，则流过光耦CE的电流增大，UC3842的脚1电位下降，⑥脚输出驱动脉冲的占空比下降，输出电压降低，这样就完成了反馈稳压的作用。
在使用UC3842来控制开关电源的占空比时，常规的用法是在UC3842的脚1、2之间加RC网络，用光耦和TL431等元件组成电源的反馈控制回路，把光耦的C极接到UC3842的②脚作为输出电压的反馈。图4 所示的电路没有采用这种接法，而是把光耦的C极直接连到UC3842的①脚作为输出的电压反馈，脚2直接接地。从图2 可以看出UC3842的脚2是其内部误差放大器的反向输入端，脚1是误差放大器的输出端。这种接法略过了UC3842内部的放大器，这是因为放大器用作信号传输时都有它的传输时间，输出与输入并不是同时建立，不用UC3842的内部放大器，其好处是把反馈信号的传输耗时缩短了一个放大器的传输时间，从而使电源的动态响应更快。另外，TL431内部本身就有一个高增益误差放大器，只不过它与高压侧隔离了，因此反馈信号经TL431内的放大器和光耦后直接控制UC3842内部误差放大器的输出端（脚1），其控制并不会降低。而使用UC3842内部误差放大器，则反馈信号连续通过了两个高增益误差放大器，增加了传输时间。
该电路通过输出端采样然后通过光电隔离反馈到UC3842的脚1，略过了UC3842内部的放大器，缩短了传输时间使电源的动态响应更快。同时利用TL431内部的高增益误差放大器，保证了很高的控制。这种电路拓扑结构简单、外接元件较少，而且在电压采样电路中采用了三端可调电压基准，使得输出电压在负载发生较大的变化时，输出电压基本上没有变化。实验证明该电路具有很好的稳压效果。
4 实验结果
按照文中图4所设计的开关电源在交流220 V输入，额定负载（3 A）时的输出电压波形如图5所示。该电路空载输出电压为5.01 V, 额定负载输出电压为4.96 V, 负载调整率为1.0 %。

             图5  输出电压波形图
5 结束语
本文介绍了一种基于UC3842的反激开关电源的反馈回路设计，采用此种反馈回路的电源电路结构简单，成本低，动态响应快，控制高，适用于各种小型反激式开关电源。
参考文献：

[1]. UC3842 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/UC3842_1050366.html.
[2]. TL431 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TL431_651177.html.
[3]. DIP-8 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/DIP-8_262121.html.
[4]. PC817 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PC817_542406.html.
[5]. R10 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/R10_1193166.html.

[6]. 张占松，蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M]. 北京:电子工业出版社,1998.
[7]. 刘贤兴，李  众，李捷辉.新型智能开关电源技术[M].北京:机械工业出版社,2003.

作者简介：王闯瑞 男，1979年出生，河南开封人，硕士，研究方向为控制理论与控制工程。