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(guān)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(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(qū)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(zhuǎn)，使鎖存器復位，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(guān)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(guān)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(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(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(guān)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(guān)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(guān)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(jié)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(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(jié)束語