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變換器應用而設計，提供一個只需最少外部元件而獲得成本效益高的解決方案。廣泛應用于顯示器、充電器等的開關電源電路中。在以往產(chǎn)品中的應用，該芯片一直充當輸出固定電壓的角色。隨著應用需求的進一步發(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利用單片機進行調(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-8、SOIC-14、SOIC-8。其內(nèi)部包含有電源欠壓鎖存、5V基準源、基準電壓欠壓鎖存、振蕩器、PWM鎖存、誤差放大器等，結構框圖如圖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、一個溫度補償?shù)幕鶞孰妷?、高增益誤差放大器、電流取樣比較器、和適用于驅動功率MOSFET的大電流圖騰柱輸出。還有保護特性：具有磁滯特性的電源電壓和基準電壓的欠壓鎖定、逐周電流限制、可編程輸出死區(qū)時間、單脈沖計量鎖定。其主要特點有：①微調(diào)振蕩器的精確頻率控制；②振蕩頻率保證達到250kHz；③電流模式工作至500 kHz；④自動前饋補償；⑤逐周電流限制的PWM鎖定；⑥具有欠壓鎖定的內(nèi)部基準電壓；⑦大電流圖騰柱輸出；⑧遲滯特性的電壓鎖定；⑨低啟動和工作電流。

圖1  UC3842簡化框圖

2 穩(wěn)壓控制原理

    UC3842的典型應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②（或③）腳，如圖2所示。其穩(wěn)壓過程如下：當輸出電壓升高時，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②腳電壓升高，當②腳的電壓高于2.5V時，誤差放大器發(fā)生翻轉，使鎖存器復位，關斷輸出晶體管，減小PMW占空比，使輸出電壓回落；若輸出電壓降低，則鎖存器復位時間變長，PWM脈沖占空比增大，輸出電壓上升；從而達到穩(wěn)壓控制。為了提高輸出電壓的穩(wěn)定性，通常輸入②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。

圖2 UC3842典型應用電路

圖3 UC3842傳統(tǒng)應用電路

    在圖3電路中通過改變電位器VR1的值，可以適當調(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 單片機調(diào)壓控制

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

⑴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單位電阻串聯(lián)、并由模擬開關步進切換的變阻器，是一個三端可編程電阻。與機械式電位器相比，具有可程控改變阻值、無觸點、耐震動、噪聲小、壽命長、抗環(huán)境污染等重要優(yōu)點。由于數(shù)字電位器取消了活動臂，故無機械磨損、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DIP和SOIC兩種封裝，是一個8個引腳器件。其中第③腳、第⑤腳、第⑥腳分別是三端可編程電阻的高位端、活動端、低位端的三個引腳；第①腳、第②腳、⑦腳是控制端，分別是調(diào)節(jié)端、增/減端、片選端。芯片的步進量為10.1Ω，總步數(shù)為100。通過對控制端的操作，可以調(diào)節(jié)電位器的活動端阻值，并保存狀態(tài)。其工作模式如表1所示，時序如圖5所示。

圖4 X9C102符號及外形

表1 模式選擇

圖5 工作時序

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)字電位器的三個控制端分別接至單片機的P1.5、P1.6、P1.7引腳，并按照表1和圖5通過對單片機這三個引腳輸出不同的時序來進行升壓、降壓操作。升壓/降壓控制的51單片機匯編程序如下：

;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

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

圖6 數(shù)字電位器調(diào)壓控制

⑵PWM控制

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

圖7 PWM調(diào)壓控制

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

由于單片機輸出PWM脈沖的例程較多，且受篇幅限制，本文不再列舉程序。

4 實驗結果

對兩種調(diào)壓控制方法進行了實驗，用兩個按鍵通過單片機進行升壓或降壓操作。圖8是兩種方法的實驗電路。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，即活動端阻值增加或減小10.1Ω，相應地開關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，相應地開關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性較大。圖示實驗電路的調(diào)壓范圍為45V～60V（空載），中間某段步進升壓的電壓變化如表1所示。

表1 步進升壓部分數(shù)據(jù)

（a）數(shù)字電位器調(diào)壓

(b) PWM調(diào)壓

圖8

5 結束語