基于UC3842的开关电源短路或过载保护的研究

第 24卷 第 4期 2005年 8月 兰 州 交 通 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) Journal of Lanzhou Jiaotong University(Natural Sciences) VOI．24 No．4 Aug．2005 文章编号 ：1001—4373(2005)04-01 14—03 基于 UC3 84 2的开关电源短路或过载保护的研究 许 丽， 王晓明 (光电技术与智能控制教育部重点实验室 兰州交通大学自动控制研究所，甘肃 兰州 730070) 摘 要：通过分析基于UC3842的单端反激式开关电源典型电路，指出其“打嗝’’方式的过载或短路保护的不足． 针 对不足之处，对典型电路进行修改，提出“关断保护”的过载或短路保护方式，并分析了此种保护方式的工作原理和 优点． 关键词：电流控制；脉宽调制；过载或短路保护；关断保护 中图分类号：TM44 文献标识码 ：A 0 引言 析，对其过载或短路保护的不足之处作了改进． 电流控制脉宽调制技术是一种新颖的开关电源 控制技术．由电流控制 PWM 芯片构成的开关电源 系统具有快速的瞬态响应、高度的稳定性和很高的 输出电压精度等特点[1]．本文主要介绍了一种高性 能的固定频 率 电流控 制器 UC3842，并对 基 于 UC3842的单端反激式开关电源典型电路进行了分 vcc 7 地 5 vm 2 补偿 1 电流测定 3 1 UC3842芯片简介 UC3842的内部框图如图 1所示，主要包括： 5．0 V基准电压源、振荡器 、误差放大器、电流测定 比较器、PWM锁存器、输人和基准欠电压锁定电路 等 引． 基准 50mA 输 m 图 1 UC3842内部框图 Fig．1 Inside block diagram of UC3842 chip 该芯片主要有以下性能： 限制； 1)可调整振荡器的放电电流以产生精确 的占 6)启动电流和工作 电流低，起动电流小 于 空 比； 2)电流方式工作达 500 kHz； 3)封锁 PWM用于周期电流限制； 4)具有滞后的欠压封锁； 5)带锁定的 PWM 可以实现逐个脉冲的电流 收稿日期；2005-03—12 作者简介：许 丽(1980一)，女，湖北天门人，硕士生 1 mA，正常工作电流为 15 mA． 2 UC3842典型电路分析 2．1 电源的工作原理 图 2为基于 UC3842的单端反激式开关电源典 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4期 许 丽等：基于UC3842的开关电源短路或过载保护的研究 115 型电路图．220 V交流输入电压整流平滑后为电路 提供直流工作电压．启动电路由尺7、R8、R9和(C6+ C8)组成．当(C6+C8)的电压达到16 V时，UC3842 有输出，MOS开关 Q1导通，能量存储在变压器中． 此时由于变压器二次侧整流二极管反向截止，故能 量不能够传N-次侧．变压器一次侧电流通过电阻 R13并与 UC3842内部提供的 1 V基准电压进 行比较，当R13上的电压达到这一电平时，Q1关断． 变压器二次侧绕组极性反向，输出整流二极管正向 导通，存储在变压器中的能量传输到输出电容中，通 过所接负载进行释放．输出电压经光耦反馈回 1脚， 2脚直接接地．当电网电压升高或是负载阻值变大 引起输出电压升高时，1脚电压也会升高，进而使输 出脉冲变窄，缩短 Q1导通时间，于是传输N-次侧 线圈和自馈线圈的电能减小，输出电压降低．反之亦 然，总的效果是令输出电压保持恒定．这种用 1脚作 反馈端的接法在不影响系统稳定的情况下，还可以 简化 1脚的补偿问题，改善电源动态响应的性能． 图2 UC3842典型电路图 Fig．2 Typical circuit diagram of UC384 2 chip 2．2 元器件在 电路中的作用 电路启动后，由自馈线圈、D3、R9、C6构成辅助 电源，为芯片提供工作电压．图中C3、R5构成的 RC 网络起抑制暂态过压的作用L3]．C4、R4起对三端稳 压管 TI 431内部放大器进行相位补偿的作用。。。]． R6、C5、D2构成 Q1的缓冲回路，用于吸收尖峰电 压，防止开关管 Q1的损坏．C7、C8分别用来滤除参 考电源(8脚)的高频迭加信号和芯片供电端(7脚) 的高频迭加信号．R11为 Q1的驱动电阻，一般在 1O～ 100 1-1取值．R11越大，Q1导通越慢，Q1上的 损耗也越大．R12取 10 kQ左右，主要是防止 MOS 管栅极悬空．R13与 3脚间加由R14、C9构成的滤波 器，滤除电流尖脉冲．3脚与 4脚问小电容 C11起斜 坡补偿作用，提高采样电压的可靠性．时间电阻R10 和电容 C10用来设置振荡器的工作频率． 2．3 过载或短路保护功能分析 当过载或短路时，输出电压下降，7脚的供电电 压也下降．当7脚电压低于 10 V时，UC3842停止工 作，整个电路关闭．然后靠启动电路开始下一次的启 VO 动．这种过载或短路保护过程被称作“打嗝”保护． 在这种保护状态下，电源只工作几个开关周期，然后 进入很长时间的启动过程，平均功率很低，即使长时 间输出短路也不会导致电源的损坏．由于漏感等原 因，有的开关电源在每个开关周期都有很大的开关 尖峰，即使在占空比很小时，辅助电压(7脚上的电 压)也不能降到足够低，所以一般在辅助电源的整 流二极管上串一个电阻(尺9)，它和 C6形成 RC滤 波，滤掉开通瞬间的尖峰．仔细调整电阻R9的数值， 一 般都可以达到满意的保护．然而它的保护电路仍 有几个 问题 ： 1)在批量生产时，由于元器件的差异，总会有 一 些电源不能很好被保护，这时需要个别调整R9的 数值，给生产造成麻烦； 2)在输出电压较低时，如3．3 V．5 V，由于输出 电流大，过载时输出电压下降不大，也很难调整 R9 到一个理想的数值； 这时如果采用辅助电路来实现保护关断，会达 到更好的效果． 维普资讯 http://www.cqvip.com 兰州交 通大学 学报 (自然 科学版 ) 第 24卷 3 UC3842改进电路的分析 图3为改进过的UC3842电路．图3中省略的部 分电路与图2中完全相同．辅助关断电路的实现原 理为：在过载或短路时，输出电压降低，电压反馈的 光耦不再导通，当辅助关断电路检测到光耦不再导 通时，延迟一段时间就动作，关闭输出回路．图3中， 当输出电压降低，TI 431的R端电压低于2．5 V时， TI 431截止[4]．发光二极管无电流流过，光耦PCI截 止．8脚的电压通过 R17、R18和 Q2、R16给 C13充 电．当8脚电压与 C13两端电压差小于 Q2的PN结 导通电压时，晶体管 0_2截止，UC3842的振荡回路 被断开，芯片停止工作，负载端电压下降到零，瞬间 辅助电源降为零，C13通过R18、R17放电，启动电路 重新启动．因为输出过载或是短路未解除，光耦 PC1 仍为截止状态，02又断开．只有当输出 图 3 UC3842改进 电路 Fig．3 Impmv~ circuit of UC3842 chip 过载或是短路解除后，电路才可以恢复正常工作．显 然这种关断保护方式比起“打嗝”方式具有更好的保 护效果，而且也省去了上面保护电路中存在的问题． 图4 TL431图形符号 Fig． 4 Graphical symbol of TL431 4 结束语 改进电路中，UC3842芯片也采用 1脚作反馈 端，不用其内部误差放大器，从而把反馈信号的传输 缩短了一个放大器的传输时间，使电源的动态响应 更快，也简化了 l脚的补偿问题．并且针对典型电路 中电路保护存在的问题，改用关断保护方式进行过 载或短路保护，达到了更好的保护效果．改进电路因 具有以上优点，在实际电路中应用更为广泛． 参考文献： [1] 李 峻．开关集成稳压器控制器的原理及应用[M]．北 京：人民交通出版社，1997． [2] 张占松．蔡宣三．开关 电源的原理与设计[M](修订 版)．北京：电子工业出版社，2004、 [3] 王兆安．黄 俊．电力电子技术[M](第 4版)．北京：机 械工业出版社，2000． [4] 何希才．毛德柱．新型半导体器件及其应用实例[M]． 北京：电子工业出版社 ，2002． Research on Orerioad or Short—circuit Protection of Switch Power Supply Based on UC3842 Xu Li， W ang Xiaoming (Key Laboratory of Optc~Electronic Technology and Intelligent Control，Ministry of Fxtucation Automatic Control Institute，1．anzhou Jiaotong University，l~nzhou 730070，China) Abstract：The weak points of the belch way in the overload or short—circuit protection are pointed out through analysing the typical circuit of flyback switch power supply based on UC3842．Then the typical cir— cult is revised in order tO overcome the disadvantages．Furthermore，the way of turn—off protection is pro-· posed and its operation principle and advantages are analysed． Key words：current control；PW M ；overload or short—circuit protection；turn-off protection 维普资讯 http://www.cqvip.com