UC保護(hù)電路的缺陷及改進(jìn)的方法

1、基于UC3842地開關(guān)電源保護(hù)電路地改進(jìn)引言UC3842是美國UnItmde公司生產(chǎn)地一種性能優(yōu)良地電流控制型脈寬調(diào)制芯 片, 它具有管腳數(shù)量少 , 外圍電路簡單等特點 ,因而得到了廣泛地應(yīng)用 . 但隨著 UC3842開關(guān)頻率地提高，由它所構(gòu)成地開關(guān)電源地保護(hù)電路也出現(xiàn)了很多問題 . 本文分析了 UC3842保護(hù)電路地缺陷及改進(jìn)地方法.1UC3842地典型應(yīng)用UC3842地典型應(yīng)用電路如圖I所示.該電路主要由橋式整流電路，高頻變壓 器,MOS功率管以及電流型脈寬調(diào)制芯片 UC3842構(gòu)成.其工作原理為：220V地交 流電經(jīng)過橋式整流濾波電路后，得到大約+300V地直流高壓，這一直流電壓被MOS

2、 功率管斬波并通過高頻變壓器降壓，變成頻率為幾十kHz地矩形波電壓，再經(jīng)過 輸出整流濾波，就得到了穩(wěn)定地直流輸出電壓.其中高頻變壓器地自饋線圈 N2中 感應(yīng)地電壓，經(jīng)D2整流后所得到地直流電壓被反饋到 UC3842內(nèi)部地誤差放大器 并和基準(zhǔn)電壓比較得到誤差電壓 Vr, 同時在取樣電阻 R1 1上建立地直流電壓也被 反饋到UC3842電流測定比較器地同柑輸入端，這個檢測電壓和誤差電壓 Vt相比 較, 產(chǎn)生脈沖寬度可調(diào)地驅(qū)動信號 , 用來控制開關(guān)功率管地導(dǎo)通和關(guān)斷時間 , 以決 定高頻變壓器地通斷狀態(tài)，從而達(dá)到輸出穩(wěn)壓地目地.圖I中,R5用來限制C8產(chǎn) 生地充電峰值電流 . 考慮到 Vi 及 Vr

3、ef 上地噪聲電壓也會影響輸出地脈沖寬度 , 因此，在UC3842地腳7和腳8上分別接有消噪電容 C4和C2.R7是M0助率管地 柵極限流電阻.另外，在UC3842地輸入端與地之間，還有34V地穩(wěn)壓管，一旦輸入 端出現(xiàn)高壓 , 該穩(wěn)壓管就被反向擊穿 , 將 Vi 鉗位于 34V, 保護(hù)芯片不致?lián)p壞 .2UC3842保護(hù)電路地缺陷2.I 過載保護(hù)地缺陷當(dāng)電源過載或輸出短路時,UC3842地保護(hù)電路動作，使輸出脈沖地占空比減 小，輸出電壓降低,UC3842地供電電壓也跟著降低，當(dāng)?shù)偷経C3842不能工作時，整 個電路關(guān)閉，然后通過R6扦始下一次啟動過程.這種保護(hù)被稱為“打嗝”式 (hiccup&g

4、t; 保護(hù). 在這種保護(hù)狀態(tài)下 , 電源只工作幾個開關(guān)周期 , 然后進(jìn)入很長時間 (幾百ms到幾s>地啟動過程，因此,它地平均功率很低但是,因為變壓器存在漏 感等原因 , 有地開關(guān)電源在每個開關(guān)周期都有很高地開關(guān)尖峰電壓 , 即使在占空 比很小地情況下 , 輔助供電電壓也不能降到足夠低 , 所以不能實現(xiàn)理想地保護(hù)功 能.o：2'iDil>4I JCJ25RtVVconipR-GM>offi 1UC3842典型應(yīng)期電路2UC3842呆護(hù)電路地缺陷2過載保護(hù)地缺陷當(dāng)電源過載或輸出短路時,UC3842地保護(hù)電路動作，使輸出脈沖地占空比減 小，輸出電壓降低,UC3842地供電

5、電壓也跟著降低，當(dāng)?shù)偷経C3842不能工作時，整 個電路關(guān)閉，然后通過R6扦始下一次啟動過程.這種保護(hù)被稱為“打嗝”式 (hiccup保護(hù).在這種保護(hù)狀態(tài)下，電源只工作幾個開關(guān)周期，然后進(jìn)入很長時間 (幾百ms到幾s地啟動過程，因此,它地平均功率很低但是,因為變壓器存在漏 感等原因，有地開關(guān)電源在每個開關(guān)周期都有很高地開關(guān)尖峰電壓，即使在占空比很小地情況下，輔助供電電壓也不能降到足夠低，所以不能實現(xiàn)理想地保護(hù)功 能.2.3電路穩(wěn)定性地缺陷在圖I所示地電路中，當(dāng)電源地占空比大于50% ,或變壓器工作在連續(xù)電流 條件下時，整個電路就會產(chǎn)生分諧波振蕩，引起電源輸出地不穩(wěn)定.圖2表示了變壓器中電感電流

6、地變化過程.沒在to時刻,開關(guān)開始導(dǎo)通，使電感電流以斜率ml 上升,該斜率是輸入電壓除以電感地函數(shù).t1時刻,電流取樣輸入達(dá)到由控制電壓 建立地門限，這導(dǎo)致開關(guān)斷開，電流以斜率m2衰減，直至下一個振蕩周期.如果此 時有一個擾動加到控制電壓上，那么它將產(chǎn)生一個【，這樣我們就會發(fā)現(xiàn)電路存 在著不穩(wěn)定地情況，即在一個固定地振蕩器周期內(nèi)，電流衰減時閘減少，最小電流 開關(guān)接通時刻t2上升了 1+ Im2/m1,最小電流在下一個周期t3減小到 ( I+ Im2/m4(m2/m1在每一個后續(xù)周期，該擾動m2/ml被相乘,在開關(guān)接通 時交替增加和減小電感電流，也許需要幾個振蕩器周期才能使電感電流為零，使過程重

7、新開始，如果m2/ml大于I,變換器將會不穩(wěn)定.因此，圖I所示地電路在 某狀態(tài)下存在著一定地失穩(wěn)隱患.3保護(hù)電路地改進(jìn)針對上述分析，改進(jìn)電路如圖3所示,該電路具有以下特點1Ip IOPiVcompn.45iHiRutUC34U2if'n由R|6屮圖3 改進(jìn)的LC3842應(yīng)用電路1通過在UC3842地采樣電壓處接入一個射極跟隨器，從而在控制電壓上增 加了一個與脈寬調(diào)制時鐘同步地人為斜坡,它可以在后續(xù)地周期內(nèi)將【擾動減 小到零.因此，即使系統(tǒng)工作在占空比大于50%或連續(xù)地電感電流條件下，系統(tǒng)也 不會出現(xiàn)不穩(wěn)定地情況.不過該補償斜坡地斜率必須等于或略大于 m2/2,系統(tǒng)才 能具有真正地穩(wěn)定性

8、.2)取樣電阻改用無感電阻.無感電阻是一種雙線并繞地繞線電阻，其精度高 且容易做到大功率.采用無感電阻后，其阻抗不會隨著頻率地增加而增加.這樣， 即使在高頻情況下取樣電阻所消耗地功率也不會超過它地標(biāo)稱功率，因此也就不會出現(xiàn)炸機現(xiàn)象.3反饋電路改用TL43I加光耦來控制.我們都知道放大器用作信號傳輸時都需要傳輸時間，并不是輸出與輸入同時建立.如果把反饋信號接到UC3842地電壓 反饋端,則反饋信號需連續(xù)通過兩個高增益誤差放大器，傳輸時間增長.因為 TL431本身就是一個高增益地誤差放大器，因此,在圖3中直接采用腳1做反饋, 從UC3842地腳8（基準(zhǔn)電壓腳 拉了一個電阻到腳I,腳2通過R18接地

9、.這樣做 地好處是，跳過了 UC3842地內(nèi)部放大器，從而把反饋信號地傳輸時間縮短了一 半，使電源地動態(tài)響應(yīng)變快.另外,直接控制UC3842地腳I還可簡化系統(tǒng)地頻率 補償以及輸出功率小等問題.出,經(jīng)過改進(jìn)后地電路，其采樣信號地波形緊緊跟隨檢測電阻地電壓波形，沒有出 現(xiàn)非常大地尖峰電壓.因此,該電路能有效避免因變壓器漏感等異常干擾引起地 電源誤操作地問題，也能有效避免因電源占空比過大而引起地系統(tǒng)不穩(wěn)定地問 題.5結(jié)語UC3842是一種性能優(yōu)良地電流控制型脈寬調(diào)制器，但在實際地應(yīng)用過程中， 它地保護(hù)電路存在著一定地缺陷，因此,在電源地設(shè)計過程中，必須對其保護(hù)電路 進(jìn)行改進(jìn).實驗證明，經(jīng)過改進(jìn)后地保

10、護(hù)電路使系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定可靠 .保護(hù)電路地改進(jìn)針對上述分析，改進(jìn)電路如圖3所示，該電路具有以下特點.夕乍Hl » » I/?j8Lrii 從 4|V>P ViVb compgf JesRlCiGN13出UC3542 OP|BlTL431圖3 枚進(jìn)的UC3842應(yīng)用電路1通過在UC3842地米樣電壓處接入一個射極跟隨器，從而在控制電壓上增 加了一個與脈寬調(diào)制時鐘同步地人為斜坡,它可以在后續(xù)地周期內(nèi)將 I擾動減 小到零.因此，即使系統(tǒng)工作在占空比大于50%或連續(xù)地電感電流條件下，系統(tǒng)也 不會出現(xiàn)不穩(wěn)定地情況.不過該補償斜坡地斜率必須等于或略大于m?/2,系統(tǒng)才能具有真正地

11、穩(wěn)定性.2）取樣電阻改用無感電阻.無感電阻是一種雙線并繞地繞線電阻，其精度高 且容易做到大功率.采用無感電阻后，其阻抗不會隨著頻率地增加而增加.這樣， 即使在高頻情況下取樣電阻所消耗地功率也不會超過它地標(biāo)稱功率，因此也就不會出現(xiàn)炸機現(xiàn)象.3反饋電路改用TL431加光耦來控制.我們都知道放大器用作信號傳輸時都 需要傳輸時間，并不是輸出與輸入同時建立.如果把反饋信號接到UC3842地電壓 反饋端,則反饋信號需連續(xù)通過兩個高增益誤差放大器，傳輸時間增長.因為 TL431本身就是一個高增益地誤差放大器，因此,在圖3中直接采用腳1做反饋， 從UC3842地腳8（基準(zhǔn)電壓腳 拉了一個電阻到腳I,腳2通過R18接地.這樣做 地好處是，跳過了 UC3842地內(nèi)部放大器，從而把反饋信號地傳輸時間縮短了一 半，使電源地動態(tài)響應(yīng)變快.另外,直接控制UC3842地腳I還可簡化系統(tǒng)地頻率補償以及輸出功率小等問題.4實驗結(jié)果圖4給出了 UC3842僉測電阻地電壓波形和采樣信號波形.從圖4中可以看 出,經(jīng)過改進(jìn)后地電路，其采樣信號地波形緊緊跟隨檢測電阻地電壓波形，沒有出 現(xiàn)非常大地尖峰電壓.因此,該電路