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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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UC3842控制器組成的開關(guān)電源的單片機(jī)調(diào)壓控制

UC3842控制器組成的開關(guān)電源的單片機(jī)調(diào)壓控制

2012/7/20 20:31:33

0 引言

UC3842芯片是一款高性能固定頻率的電流模式控制器。常見的生產(chǎn)廠家有:安森美半導(dǎo)體(on semicondutor)、飛兆(fairchildsemi)公司、德州儀器(TI)、摩托羅拉(Motorola)等公司,按照不同的生產(chǎn)廠家其型號的前綴有所不同,而其性能基本相同、彼此可以相互代換。該芯片專為離線或DC/DC變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì),提供一個(gè)只需最少外部元件而獲得成本效益高的解決方案。廣泛應(yīng)用于顯示器、充電器等的開關(guān)電源電路中。在以往產(chǎn)品中的應(yīng)用,該芯片一直充當(dāng)輸出固定電壓的角色。隨著應(yīng)用需求的進(jìn)一步發(fā)展,許多場合提出的輸出電壓可調(diào)的要求,文章討論了成熟產(chǎn)品UC3842利用單片機(jī)進(jìn)行調(diào)壓控制的電路。

1  UC3842芯片特色

UC3842集成電路有三種封裝形式,分別是PDIP-8SOIC-14、SOIC-8。其內(nèi)部包含有電源欠壓鎖存、5V基準(zhǔn)源、基準(zhǔn)電壓欠壓鎖存、振蕩器、PWM鎖存、誤差放大器等,結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該芯片能夠微調(diào)振蕩器而獲得精確的占空比控制、一個(gè)溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓、高增益誤差放大器、電流取樣比較器、和適用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的大電流圖騰柱輸出。還有保護(hù)特性:具有磁滯特性的電源電壓和基準(zhǔn)電壓的欠壓鎖定、逐周電流限制、可編程輸出死區(qū)時(shí)間、單脈沖計(jì)量鎖定。其主要特點(diǎn)有:微調(diào)振蕩器的精確頻率控制;振蕩頻率保證達(dá)到250kHz;電流模式工作至500 kHz;自動(dòng)前饋補(bǔ)償;逐周電流限制的PWM鎖定;具有欠壓鎖定的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓;大電流圖騰柱輸出;遲滯特性的電壓鎖定;低啟動(dòng)和工作電流。

1  UC3842簡化框圖

2 穩(wěn)壓控制原理

    UC3842的典型應(yīng)用是把反饋繞組的電壓經(jīng)電阻分壓后接至該芯片的電壓反饋輸入端(或)腳,如圖2所示。其穩(wěn)壓過程如下:當(dāng)輸出電壓升高時(shí),反饋繞組的電壓也隨之升高,電阻分壓得到的電壓也升高,即腳電壓升高,當(dāng)腳的電壓高于2.5V時(shí),誤差放大器發(fā)生翻轉(zhuǎn),使鎖存器復(fù)位,關(guān)斷輸出晶體管,減小PMW占空比,使輸出電壓回落;若輸出電壓降低,則鎖存器復(fù)位時(shí)間變長,PWM脈沖占空比增大,輸出電壓上升;從而達(dá)到穩(wěn)壓控制。為了提高輸出電壓的穩(wěn)定性,通常輸入腳的反饋電壓不是取自反饋繞組,而是直接取自輸出電壓,并與精密基準(zhǔn)電壓源作比較,中間采用光電耦合器作隔離,傳統(tǒng)電路如圖3所示。

 

2 UC3842典型應(yīng)用電路

 

3 UC3842傳統(tǒng)應(yīng)用電路

    在圖3電路中通過改變電位器VR1的值,可以適當(dāng)調(diào)節(jié)輸出電壓值的大小。減小電位器VR1的值,即圖中Vt電位降低通過光電耦合器使輸出電壓Uo上升;增加電位器VR1的值,即圖中Vt電位升高通過光電耦合器使輸出電壓Uo下降。

3 單片機(jī)調(diào)壓控制

采用單片機(jī)來對UC3842組成的開關(guān)電源進(jìn)行調(diào)壓控制有兩種方法:數(shù)字電位器控制和PWM控制。

數(shù)字電位器控制

數(shù)字電位器是采用CMOS工藝制成的數(shù)字-模擬混合信號處理集成電路,是一種可編程電位器。其性能可等效為由若干個(gè)單位電阻串聯(lián)、并由模擬開關(guān)步進(jìn)切換的變阻器,是一個(gè)三端可編程電阻。與機(jī)械式電位器相比,具有可程控改變阻值、無觸點(diǎn)、耐震動(dòng)、噪聲小、壽命長、抗環(huán)境污染等重要優(yōu)點(diǎn)。由于數(shù)字電位器取消了活動(dòng)臂,故無機(jī)械磨損、調(diào)節(jié)精度高、沒有噪聲,有極長的工作壽命。

本課題采用美國Xicor公司的產(chǎn)品X9C102,其電路符號和外形如圖4所示。該產(chǎn)品有DIPSOIC兩種封裝,是一個(gè)8個(gè)引腳器件。其中第腳、第腳、第腳分別是三端可編程電阻的高位端、活動(dòng)端、低位端的三個(gè)引腳;第腳、第腳、腳是控制端,分別是調(diào)節(jié)端、增/減端、片選端。芯片的步進(jìn)量為10.1Ω,總步數(shù)為100。通過對控制端的操作,可以調(diào)節(jié)電位器的活動(dòng)端阻值,并保存狀態(tài)。其工作模式如表1所示,時(shí)序如圖5所示。

4 X9C102符號及外形

1 模式選擇

5 工作時(shí)序

采用數(shù)字電位器X9C102來調(diào)節(jié)由電流模式PWM控制器UC3842等元器件組成的開關(guān)電源輸出電壓的電路原理如圖6所示。圖中將數(shù)字電位器的三個(gè)控制端分別接至單片機(jī)的P1.5、P1.6、P1.7引腳,并按照表1和圖5通過對單片機(jī)這三個(gè)引腳輸出不同的時(shí)序來進(jìn)行升壓、降壓操作。升壓/降壓控制的51單片機(jī)匯編程序如下:

;引腳定義

X9C102_INC  bit  P1.5

X9C102_UD  bit  P1.6

X9C102_CS   bit  P1.7

;----升壓操作/即減小活動(dòng)端阻值子程序----

V_down:

Setb  X9C102_INC

clr  X9C102_UD

clr  X9C102_CS

nop

nop

clr  X9C102_INC

nop

nop

nop

nop

setb  X9C102_INC

nop

setb  X9C102_CS

nop

ret

;----------------------------------------------------

;----降壓操作/即增大活動(dòng)端阻值子程序----

V_up:

Setb  X9C102_INC

setb  X9C102_UD

clr  X9C102_CS

nop

nop

clr  X9C102_INC

nop

nop

nop

nop

setb  X9C102_INC

nop

setb  X9C102_CS

nop

ret

; ----------------------------------------------------

6 數(shù)字電位器調(diào)壓控制

PWM控制

利用PWM進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)由電流模式PWM控制器UC3842等元器件組成的開關(guān)電源輸出電壓是單片機(jī)調(diào)壓控制的另一種方法。目前好多單片機(jī)都具有PWM輸出功能,對于沒有此功能的單片機(jī)也可利用程序使其某個(gè)引腳輸出PWM脈沖,將不同占空比的PWM脈沖進(jìn)行濾波后便可得到一個(gè)0-5V變化的模擬量,用該模擬量去進(jìn)行調(diào)壓控制。采用單片機(jī)輸出不同占空比的PWM脈沖進(jìn)行調(diào)壓控制的原理圖如圖7所示。

7 PWM調(diào)壓控制

圖中把單片機(jī)P1.x引腳輸出的PWM脈沖進(jìn)行二級濾波,然后去控制三極管獲得不同的Vr電壓值,從而調(diào)節(jié)開關(guān)電源的輸出電壓Uo。當(dāng)PWM脈沖的占空比增大時(shí),濾波后的電壓升高,三極管的導(dǎo)通程度增強(qiáng),開關(guān)電源輸出電壓升高;當(dāng)PWM脈沖的占空比減小時(shí),濾波后的電壓降低,三極管的導(dǎo)通程度減弱,開關(guān)電源輸出電壓降低。

由于單片機(jī)輸出PWM脈沖的例程較多,且受篇幅限制,本文不再列舉程序。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對兩種調(diào)壓控制方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),用兩個(gè)按鍵通過單片機(jī)進(jìn)行升壓或降壓操作。圖8是兩種方法的實(shí)驗(yàn)電路。對于圖8(a)所示數(shù)字電位器調(diào)壓,每按一次按鍵數(shù)字電位器步增或步減1,即活動(dòng)端阻值增加或減小10.1Ω,相應(yīng)地開關(guān)電源的輸出電源變化約0.35V。對于圖8(b)所示PWM調(diào)壓,每按一次按鍵PWM脈沖的寬帶增加或減小0.1μs,相應(yīng)地開關(guān)電源的輸出電源變化約0.35V。需要說明的是PWM調(diào)壓電路PWM脈沖寬度的增減引起開關(guān)電源電源的升降量與濾波器元件的取值和三極管的選型相關(guān)性較大。圖示實(shí)驗(yàn)電路的調(diào)壓范圍為45V60V(空載),中間某段步進(jìn)升壓的電壓變化如表1所示。

1 步進(jìn)升壓部分?jǐn)?shù)據(jù)

DCP調(diào)壓

55.00V

55.28V

55.57V

55.86V

56.16V

56.45V

56.76V

57.07V

57.39V

57.70V

58.02V

PWM調(diào)壓

55.04V

55.36V

55.70V

56.03V

56.71V

57.05V

57.40V

57.74V

58.08V

58.43V

58.78V

 

 

a)數(shù)字電位器調(diào)壓

 

 

(b) PWM調(diào)壓

8

5 結(jié)束語

    本文所討論的通過單片機(jī)來調(diào)節(jié)由電流模式PWM控制器UC3842等元器件組成的開關(guān)電源輸出電壓,該方法已在某蓄電池充電器中得到應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩種方法電路結(jié)構(gòu)簡單、程序編制方便,擴(kuò)展了UC3842應(yīng)用功能,具有較大的實(shí)用價(jià)值。
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