Схема блока питания на UC3843. UC3845 принцип работы, принципиальные схемы, схемы включения, аналоги, отличия Типовая схема включения uc3842

Схемы и печатные платы блоков питания на микросхемах UC3842 и UC3843

Микросхемы для построения импульсных блоков питания серии UC384x сравнимы по популярности со знаменитыми TL494. Они выпускаются в восьмивыводных корпусах, и печатные платы для таких БП получаются весьма компактными и односторонними. Схемотехника для них давно отлажена, все особенности известны. Поэтому данные микросхемы, наряду с TOPSwitch , могут быть рекомендованы к применению.

Итак, первая схема - БП мощностью 80Вт. Источник:

Собственно, схема - практически из даташита.


нажми, чтобы увеличить
Печатная плата довольно компактная.

Файл печатной платы: uc3842_pcb.lay6

В данной схеме автор решил не использовать вход усилителя ошибки из-за его высокого входного сопротивления, дабы избежать наводок. Вместо этого сигнал обратной связи заведён на компаратор. Диод Шоттки на 6-ом выводе микросхемы предотвращает возможные выбросы напряжения отрицательной полярности, которые могут быть в виду особенностей самой микросхемы. Для уменьшения индуктивных выбросов в трансформаторе, его первичная обмотка выполнена с секционированием и состоит из двух половин, разделённых вторичной. Межобмоточной изоляции должно быть уделено самое пристальное внимание. При использовании сердечника с зазором в центральном керне, внешние помехи должны быть минимальны. Токовый шунт сопротивлением 0,5 Ом с указанным на схеме транзистором 4N60 ограничивают мощность в районе 75Вт. В снаббере применены SMD-резисторы, которые включены параллельно-последовательно, т.к. на них выделяется ощутимая мощность в виде тепла. Данный снаббер можно заменить диодом и стабилитроном на 200 вольт (супрессором), но говорят, что при этом увеличится количество импульсных помех от блока питания. На печатной плате добавлено место под светодиод, что не отражено на схеме. Также следует добавить параллельно выходу нагрузочный резистор, т.к. на холостом ходу БП может вести себя непредсказуемо. Большинство выводных элементов на плате установлены вертикально. Питание микросхемы снимается на обратном ходе, поэтому при переделке блока в регулируемый, следует поменять фазировку обмотки питания микросхемы и пересчитать количество её витков, как для прямоходовой.

Следующие схема и печатная плата - из этого источника:

Размеры платы - чуть больше, но здесь сесть место под чуть более крупный сетевой электролит.

Схема практически аналогична предыдущей:

нажми, чтобы увеличить
На плате установлен подстроечный резистор для регулировки выходного напряжения. Аналогично, микросхема запитана от обмотки питания на обратном ходу, что может привести к проблемам при широком диапазоне регулировок выходного напряжения блока питания. Чтобы этого избежать, следует так же поменять фазировку этой обмотки и питать микросхему на прямом ходу.

Файл печатной платы: uc3843_pcb.dip

Микросхемы серии UC384x взаимозаменяемы, но перед заменой нужно свериться, как расчитывается частота для конкретной микросхемы (формулы отличаются) и каков максимальный коэффициент заполнения - отличаются вдвое.

Для расчёта обмоток трансформатора можно воспользоваться программой Flyback 8.1. Количество витков обмотки питания микросхемы на прямом ходу можно определить по соотношению витков и вольт.

Статья посвящена устройству, ремонту и доработке источников питания широкого спектра аппаратуры, выполненных на основе микросхемы UC3842. Некоторые приводимые сведения получены автором в результате личного опыта и помогут Вам не только избежать ошибок и сберечь время при ремонте, но и повысить надежность источника питания. Начиная со второй половины 90-х годов выпущено огромное количество телевизоров, видеомониторов, факсов и других устройств, в источниках питания (ИП) которых применяется интегральная микросхема UC3842 (далее - ИС). По видимому, это объясняется ее невысокой стоимостью, малым количеством дискретных элементов, нужных для ее «обвеса» и, наконец, достаточно стабильными характеристиками ИС, что тоже немаловажно. Варианты этой ИС, выпускаемые разными производителями, могут отличаться префиксами, но обязательно содержат ядро 3842.

ИС UC3842 выпускается в корпусах SOIC-8 и SOIC-14, но в подавляющем большинстве случаев встречается ее модификация в корпусе DIP-8. На рис. 1 представлена цоколевка, а на рис. 2 - ее структурная схема и типовая схема ИП. Нумерация выводов дана для корпусов с восемью выводами, в скобках даны номера выводов для корпуса SOIC-14. Следует заметить, что между двумя вариантами исполнения ИС имеются незначительные различия. Так, вариант в корпусе SOIC-14 имеет отдельные выводы питания и земли для выходного каскада.
Микросхема UC3842 предназначена для построения на ее основе стабилизированных импульсных ИП с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Поскольку мощность выходного каскада ИС сравнительно невелика, а амплитуда выходного сигнала может достигать напряжения питания микросхемы, то в качестве ключа совместно с этой ИС применяется n-канальный МОП транзистор.

Рис. 1 . Цоколевка микросхемы UC3842 (вид сверху)

Рассмотрим подробнее назначение выводов ИС для наиболее часто встречающегося восьмивыводного корпуса.

1. Comp : этот вывод подключен к выходу усилителя ошибки компенсации. Для нормальной работы ИС необходимо скомпенсировать АЧХ усилителя ошибки, с этой целью к указанному выводу обычно подключается конденсатор емкостью около 100 пФ, второй вывод которого соединен с выводом 2 ИС.
2. Vfb : вход обратной связи. Напряжение на этом выводе сравнивается с образцовым, формируемым внутри ИС. Результат сравнения модулирует скважность выходных импульсов, стабилизируя, таким образом, выходное напряжение ИП.
3. C/S : сигнал ограничения тока. Данный вывод должен быть присоединен к резистору в цепи истока ключевого транзистора (КТ). При повышении тока через КТ (например, в случае перегрузки ИП) напряжение на этом резисторе увеличивается и, после достижения порогового значения, прекращает работу ИС и переводит КТ в закрытое состояние.
4. Rt/Ct : вывод, предназначенный для подключения времязадающей RC-цепочки. Рабочая частота внутреннего генератора устанавливается подсоединением резистора R к опорному напряжению Vref и конденсатора С (как правило, емкостью около 3 000 пФ) к общему выводу. Эта частота может быть изменена в достаточно широких пределах, сверху она ограничивается быстродействием КТ, а снизу - мощностью импульсного трансформатора, которая падает с уменьшением частоты. Практически частота выбирается в диапазоне 35…85 кГц, но иногда ИП вполне нормально работает и при значительно большей или значительно меньшей частоте. Следует заметить, что в качестве времязадающего должен применяться конденсатор с возможно большим сопротивлением постоянному току. В практике автора встречались экземпляры ИС, которые вообще отказывались запускаться при использовании в качестве времязадающего некоторых типов керамических конденсаторов.
5. Gnd : общий вывод. Следует заметить, что общий провод ИП ни в коем случае не должен быть соединен с общим проводом устройства, в котором он применяется.
6. Out : выход ИС, подключается к затвору КТ через резистор или параллельно соединенные резистор и диод (анодом к затвору).
7. Vcc : вход питания ИС. Рассматриваемая ИС имеет некоторые весьма существенные особенности, связанные с питанием, которые будут объяснены при рассмотрении типовой схемы включения ИС.
8. Vref : выход внутреннего источника опорного напряжения, его выходной ток до 50 мА, напряжение 5 В.

Источник образцового напряжения используется для подключения к нему одного из плеч резистивного делителя, предназначенного для оперативной регулировки выходного напряжения ИП, а также для подключения времязадающего резистора.

Рассмотрим теперь типовую схему включения ИС, представленную на рис. 2.

Рис. 2 . Типовая схема включения UC3862

Как видно из принципиальной схемы, ИП рассчитан на напряжение сети 115 В. Несомненным достоинством данного типа ИП является то, что его с минимальными доработками можно использовать в сети с напряжением 220 В, надо лишь:

Заменить диодный мост, включенный на входе ИП на аналогичный, но с обратным напряжением 400 В;
- заменить электролитический конденсатор фильтра питания, включенный после диодного моста, на равный по емкости, но с рабочим напряжением 400 В;
- увеличить номинал резистора R2 до 75…80 кОм;
- проверить КТ на допустимое напряжение сток-исток, которое должно составлять не менее 600 В. Как правило, даже в ИП, предназначенных для работы в сети 115 В, применяются КТ, способные работать в сети 220 В, но, конечно, возможны исключения. Если КТ необходимо заменить, автор рекомендует BUZ90.

Как уже упоминалось ранее, ИС имеет некоторые особенности, связанные с ее питанием. Рассмотрим их подробнее. В первый момент после включения ИП в сеть внутренний генератор ИС еще не работает, и в этом режиме она потребляет от цепей питания очень маленький ток. Для питания ИС, находящейся в этом режиме, достаточно напряжения, получаемого с резистора R2 и накопленного на конденсаторе C2. Когда напряжение на этих конденсаторах достигает значения 16…18 В, запускается генератор ИС, и она начинает формировать на выходе импульсы управления КТ. На вторичных обмотках трансформатора Т1, в том числе и на обмотке 3-4, появляется напряжение. Это напряжение выпрямляется импульсным диодом D3, фильтруется конденсатором C3, и через диод D2 подается в цепь питания ИС. Как правило, в цепь питания включается стабилитрон D1, ограничивающий напряжение на уровне 18…22 В. После того, как ИС вошла в рабочий режим, она начинает отслеживать изменения своего питающего напряжения, которое через делитель R3, R4 подается на вход обратной связи Vfb. Стабилизируя собственное напряжение питания, ИС фактически стабилизирует и все остальные напряжения, снимаемые со вторичных обмоток импульсного трансформатора.

При замыканиях в цепях вторичных обмоток, например, в результате пробоя электролитических конденсаторов или диодов, резко возрастают потери энергии в импульсном трансформаторе. В результате напряжения, получаемого с обмотки 3-4, недостаточно для поддержания нормальной работы ИС. Внутренний генератор отключается, на выходе ИС появляется напряжение низкого уровня, переводящее КТ в закрытое состояние, и микросхема оказывается вновь в режиме низкого потребления энергии. Через некоторое время ее напряжение питания возрастает до уровня, достаточного для запуска внутреннего генератора, и процесс повторяется. Из трансформатора в этом случае слышны характерные щелчки (цыканье), период повторения которых определяется номиналами конденсатора C2 и резистора R2.

При ремонте ИП иногда возникают ситуации, когда из трансформатора слышно характерное цыканье, но тщательная проверка вторичных цепей показывает, что короткое замыкание в них отсутствует. В этом случае надо проверить цепи питания самой ИС. Например, в практике автора были случаи, когда был пробит конденсатор C3. Частой причиной такого поведения ИП является обрыв выпрямительного диода D3 или диода развязки D2.

При пробое мощного КТ его, как правило, приходится менять вместе с ИС. Дело в том, что затвор КТ подключен к выходу ИС через резистор весьма небольшого номинала, и при пробое КТ на выход ИС попадает высокое напряжение с первичной обмотки трансформатора. Автор категорически рекомендует при неисправности КТ менять его вместе с ИС, благо, стоимость ее невысока. В противном случае, есть риск «убить» и новый КТ, т. к., если на его затворе будет длительное время присутствовать высокий уровень напряжения с пробитого выхода ИС, то он выйдет из строя из-за перегрева.

Были замечены еще некоторые особенности этой ИС. В частности, при пробое КТ очень часто выгорает резистор R10 в цепи истока. При замене этого резистора следует придерживаться номинала 0,33…0,5 Ом. Особенно опасно завышение номинала резистора. В этом случае, как показала практика, при первом же включении ИП в сеть и микросхема, и транзистор выходят из строя.

В некоторых случаях отказ ИП происходит из-за пробоя стабилитрона D1 в цепи питания ИС. В этом случае ИС и КТ, как правило, остаются исправными, необходимо только заменить стабилитрон. В случае же обрыва стабилитрона часто выходят из строя как сама ИС, так и КТ. Для замены автор рекомендует использовать отечественные стабилитроны КС522 в металлическом корпусе. Выкусив или выпаяв неисправный штатный стабилитрон, можно напаять КС522 анодом к выводу 5 ИС, катодом к выводу 7 ИС. Как правило, после такой замены аналогичные неисправности более не возникают.

Следует обратить внимание на исправность потенциометра, используемого для регулировки выходного напряжения ИП, если таковой имеется в схеме. В приведенной схеме его нет, но его не трудно ввести, включив в разрыв резисторов R3 и R4. Вывод 2 ИС надо подключить к движку этого потенциометра. Замечу, что в некоторых случаях такая доработка бывает просто необходима. Иногда после замены ИС выходные напряжения ИП оказываются завышены или занижены, а регулировка отсутствует. В этом случае можно либо включить потенциометр, как указывалось выше, либо подобрать номинал резистора R3.

По наблюдению автора, если в ИП использованы высококачественные компоненты, и он не эксплуатируется в предельных режимах, надежность его достаточно высока. В некоторых случаях надежность ИП можно повысить, применив резистор R1 несколько большего номинала, например, 10…15 Ом. В этом случае переходные процессы при включении питания протекают гораздо более спокойно. В видеомониторах и телевизорах это нужно проделывать, не затрагивая цепь размагничивания кинескопа, т. е. резистор ни в коем случае нельзя включать в разрыв общей цепи питания, а лишь в цепь подключения собственно ИП.

Алексей Калинин
"Ремонт электронной техники"

Как это покажется странным, но некоторым разработчикам такие микросхемы неизвестны. На вопрос, заданный знакомым инженерам: "А что значит" токовое"? - самым внятным был совет почитать datasheet. Я так и зделал. Созданные для построения источников питания, токовые ШИМ годятся и для применения в различных системах автоматики, регуляторах и даже в детских игрушках. По крайней мере, мой интерес к ним возник именно на этой почве.

Сочетание низкой стоимости и интересного схемотехнического решения позволяет использовать их при каждом удобном случае. Кстати, о стоимости. UC 2843 стоит около 19 рублей в розницу, UC 2844 - 26, UC 3843 - 14 –16, UC 3845 - 16 –20.

Что же это за «зверушки »? Семейство микросхем UC1842/3/4/5, UC2842/3/4/5, UC3842/3/4/5 - по сути, один и тот же кристалл, приспособленный для работы в различных температурных диапазонах, при различных порогах включения-выключения, с раздельными или совместными выводами выходного каскада и питания и разным максимальным рабочим циклом.

Каждый прибор имеет несколько исполнений. На вариант исполнения указывает буква после цифр (рис.1 –3). В вариантах N, J и D8 (рис.1) используется 8-выводной корпус DIP или SOIC. При этом коллектор верхнего транзистора выходного тотемного n-p-n-каскада соединен с плюсовым выводо питания, а эмиттер нижнего транзистора выходного каскада - с «земляным » выводом. В вариантах D, W (корпуса SOIC-14, CFP-14) (рис.2) и Q (корпус PLCC-20D)(рис.3) коллектор верхнего транзистора выходного тотемного каскада и эмиттер нижнего транзистора выходного каскада имеют собственные выводы. Вот, в принципе, и весь спектр отличий приборов внутри семейства.

Таблица 1.Семейство микросхем UC1842/3/4/5, UC2842/3/4/5, UC3842/3/4/5

Тип прибора	Температурный диапазон,°C	Напряжение включения выключения, В	Максимальный рабочий цикл, %
UC1842	–55...+125	16/10	100
UC1843	–55...+125	8,4/7,6	100
UC1844	–55...+125	16/10	50
UC1845	–55...+125	8,4/7,6	50
UC2842	–40...+85	16/10	100
UC2843	–40...+85	8,4/7,6	100
UC2844	–40...+85	16/10	50
UC2845	–40...+85	8,4/7,6	50
UC3842	0...+70	16/10	100
UC3843	0...+70	8,4/7,6	100
UC3844	0...+70	16/10	50
UC3845	0...+70	8,4/7,6	50

Рассмотрим блок-схемы базовых кристаллов, изображенные на рис.4 и 5. Рис.4 - для 8-выводного корпуса, а рис.5 - для 14-и 20-выводного корпуса.

Микросхемы содержат блок защитного выключения при снижении напряжения питания. Блок состоит из триггера Шмитта, имеющего дифференциальные входы, и источника опорного напряжения. С помощью RS-триггера этот блок управляет общим источником опорного напряжения 5 В. Этот источник имеет собственный вывод и обеспечивает ток до 50 мА. В режиме короткого замыкания он способен выдать ток до 100 мА. Пороги срабатывания блока защитного выключения приведены в таблице 1. Кстати, определение «токовые », эти ШИМ-контроллеры получили именно из-за этого самого блока защитного отключения (рис.6). Микросхемы начинают работать при токе потребления около 1 мА и допускают питание от источника высокого напряжения через цепочку резисторов, главное, чтобы обеспечивался диапазон рабочих токов и напряжений по выводам питания. Для этой цели между плюсовой и «земляной » ножкой включен стабилитрон с напряжением пробоя 34 В. Кроме блока защитного отключения на кристалле выполнена схема внутреннего смещения и схема питания логики. Ну и конечно же, непременная часть подобных устройств - генератор импульсов. Он имеет один вывод для подключения времязадающей RC-цепи (рис.7). На минимальную частоту никаких ограничений не указано. Максимальная же частота генератора установлена в 500 кГц. Частота генератора приблизительно рассчитывается по формуле:

Выражение справедливо для R T >5 кОм. Подключение времязадающей RC-цепочки и графики зависимости рабочего цикла от емкости конденсатора и частоты от сопротивления резистора и емкости конденсатора показаны на рис.7. На кристалле имеется усилитель ошибки (рис.8), неинвертирующий вход которого «сидит » на внутреннем источнике напряжения 2,5 В, а инвертирующий вход имеет собственный вывод, служащий входом обратной связи. Выход этого усилителя соединяется с выводом 1 и через цепочку сдвига уровня с инвертирующим входом компаратора ограничения тока. Неинвертирующий вход компаратора ограничения тока выведен на отдельный вывод и служит для подключения к внешнему токоизмерительному резистору (рис.9), через который течет ток нагрузки. Номинал этого резистора и, соответственно, падение напряжения на нем и определяет предельный ток, текущий через мощный внешний ключ, которым управляет контроллер. Другие устройства на кристалле - это RS-защелка и гика. Вместе они обеспечивают модуляцию ширины импульса в зависимости от напряжения усилителя ошибки и сигнала токового компаратора. Кроме того, в микросхемах UC Х844/5 присутствует Т-триггер, который обеспечивает максимальную скважность 50%.

И последнее - тотемный выходной каскад. Он состоит из двух n-p-n-транзисторов. Максимальный ток выходного каскада - ±1 А. Такой выходной каскад может обеспечить нормальную работу мощного МОП-транзистора на приличной частоте, если микросхемы применяются в преобразователе напряжения либо непосредственно коммутировать нагрузку. Если эти транзисторы выполнены в 8-выводном корпусе, то они подключены к выводам питания, а если в 14 –20-выводном, то, как было сказано выше, питание каскада имеет отдельные выводы. Подобное подключение обеспечивает большую гибкость в применении.

Микросхемы можно дистанционно включать и выключать. Специальных выводов для этого не предусмотрено, но, учитывая внутреннее устройство микросхемы, реализовать эту функцию можно двумя способами (рис.10). Первый способ заключается в подаче на 3 (8-выводной корпус), 5 (14-выводной корпус) или 7 (20-выводной корпус) вывод напряжения выше 1 В. Второй способ - опустить напряжение на 1 (8-и 14-выводной корпус) или 2 (20-выводной корпус) выводе к уровню «земли » на величину напряжения пары диодов или транзистора. Эти методы переводят токовый компаратор в выключенное состояние, что вызывает сброс выходной защелки. Сигнал с защелки является доминирующим на логическом элементе и проходит на выходной каскад, открывая нижний транзистор и закрывая верхний. Таким образом, на выходе микросхемы появляется напряжение низкого уровня. Состояние выхода не изменится, пока на этих входах в первом случае - напряжение не опустится ниже порога срабатывания токового компаратора, во втором случае - не перестанет шунтировать выход усилителя ошибки. Показанный на рис.6 первый способ годится для включения и выключения источника питания. Ведь тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение не уменьшится до нуля, а при новом включении все будет работать по-прежнему. Следует отметить, что оба способа предложены фирмой-изготовителем.

Предельно допустимые параметры:

Таблица 2. Электрические параметры контроллеров UC1842/3/4/5, UC2842/3/4/5, UC3842/3/4/5

Параметр	Условия измерения	UC1842/3/4/5, UC2842/3/4/5			UC3842/3/4/5			Ед.изм.
		мин.	тип.	макс.	мин.	тип.	макс.
Источник опорного напряжения:
выходное напряжение	Т кр =25 °С,I вых =1 мА	4,95	5,00	5,05	4,90	5,00	5,10	В
нестабильность выхода	12 .U пит.25 В		6	20		6	20	мВ
нестабильность по току	1 .I вых.20 мА		6	25		6	25	мВ
температурная нестабильность			0,2	0,4		0,2	0,4	мВ/°С
разброс выходного напряжения		4,9		5,1	4,82		5,18	В
ток при замыкании выхода		–30	–100	–180	–30	–100	–180	мА
Тактовый генератор:
разброс частоты	Т кр =25 °С	47	52	57	47	52	57	кГц
нестабильность по напряжению	12 .U пит.25 В		0,2	1		0,2	1	%
температурная нестабильность	Т мин.Т окр.Т макс		5			5		%
амплитуда	вывод 4 (8 выводной корпус)		1,7			1,7		В
Схема усилителя ошибки:
входное напряжение	U выв.1 =2,5 В	2,45	2,50	2,55	2,42	2,50	2,58	В
входной ток			-0,3	–1		–0,3	-0,2	мкА
частота ед.усиления	Т кр =25 °С		0,7	1		0,7	1	МГц
ОСС	12 .U пит.25 В	60	70		60	70		dВ
выходной втекающий ток	U выв.2 =2,7 В,U выв.1 =1,1 В	2	6		2	6		мА
выходной вытекающий ток	U выв.2 =2,3 В,U выв.1 =5 В	0,5	0,8		–0,5	–0,8		мА
Uвых.макс.	U выв.2 =2,3 В,RL =15 кОм на зем.	5	6		5	6		В
Uвых.мин.	U выв.2 =2,7 В,RL =15 кОм на выв.8		0,7	1,1		0,7	1,1	В
Схема токового сенсора:
крутизна характеристики	U выв.2 =0,формула ниже	2,85	3	3,15	2,85	3	3,15	В/В
макс.входной сигнал	U выв.1 =5 В,U выв.2 =0 В	0,9	1	1,1	0,9	1	1,1	В
ОСС	12 .U пит.25 В,U выв.2 =0 В		70			70		dB
входной ток			–2	–10		–2	–10	мкА
задержка сигнала	U выв.3 =0 –2 В		150	300		150	300	нс
Выходной каскад:
падение напряжения на нижнем транзисторе	I вых =20 мА		0,1	0,4		0,1	0,4	В
	I вых =200 мА		1,5	2,2		1,5	2,2	В
падение напряжения на верхнем транзисторе	I вых =20 мА	13	13,5		13	13,5		В
	I вых =200 мА	12	13,5		12	13,5		В
время переключения низ/верх	Т кр =25 °С,СL =1 нФ		50	150		50	150	нс
время переключения верх/низ	Т кр =25 °С,СL =1 нФ		50	150		50	150	нс
ШИМ модулятор:
максимальная скважность	UCX842/3	95	97	100	95	97	100	%
	UCX844/5	46	48	50	47	48	50	%
минимальная скважность			0			0		%
Срабатывание по потребляемому току:
ток включения			0,5	1		0,5	1	мА
рабочий ток	U выв.2 =U выв.3 =0 В		11	17		11	17	мА
напряжение стабилитрона	I пот =25 мА	30	34		30	34		В

• Напряжение источника питания (источник с низким импедансом)- 30 В;
• Напряжение источника питания (источник, способный выдать не более 30 мА)- внутренний ограничитель;
• Выходной ток - ±1 А;
• Максимальное входное напряжение на аналоговых входах (выводы 2,3; корпус 8-выводной)- –0,3 до +6,3 В;
• Максимальный втекающий ток усилителя ошибки - 10 мА;
• Максимально рассеиваемая мощность при tкорп 25 °С: DIL-8 - 1 Вт SOIC-14 - 725 мВт;
• Температура пайки (не более 10 с)- 300 °С.

Более подробная информация - на сайте производителя.

Микросхема ШИМ-контроллера UC3842 является самой распространенной при построении блоков питания мониторов. Кроме того, эти микросхемы применяются для построения импульсных регуляторов напряжения в блоках строчной развертки мониторов, которые являются и стабилизаторами высоких напряжений и схемами коррекции растра. Микросхема UC3842 часто используется для управления ключевым транзистором в системных блоках питания (однотактных) и в блоках питания печатающих устройств. Одним словом, эта статья будет интересна абсолютно всем специалистам, так или иначе связанным с источниками питания.

Выход из строя микросхемы UC 3842 на практике происходит довольно часто. Причем, как показывает статистика таких отказов, причиной неисправности микросхемы становится пробой мощного полевого транзистора, которым управляет данная микросхема. Поэтому при замене силового транзистора блока питания в случае его неисправности, настоятельно рекомендуется проводить проверку управляющей микросхемы UC 3842.

Существует несколько методик проверки и диагностики микросхемы, но наиболее эффективными и простыми для применения на практике в условиях слабо оснащенной мастерской являются проверка выходного сопротивления и моделирование работы микросхемы с применением внешнего источника питания.

Для этой работы потребуются следующие приборы:

1) мультиметр (вольтметр и омметр);

2) осциллограф;

3) стабилизированный источник питания (источник тока), желательно регулируемый с напряжением до 20-30 В.

Можно выделить два основных способа проверки исправности микросхемы:

проверка выходного сопротивления микросхемы;

моделирование работы микросхемы.

Функциональная схема приводится на рис.1, а расположение и назначение контактов на рис.2.

Проверка выходного сопротивления микросхемы

Очень точную информацию об исправности микросхемы дает ее выходное сопротивление, так как при пробоях силового транзистора высоковольтный импульс напряжения прикладывается именно к выходному каскаду микросхемы, что в итоге и служит причиной ее выхода из строя.

Выходное сопротивление микросхемы должно быть бесконечно большим, так как ее выходной каскад представляет собой квазикомплиментарный усилитель.

Проверить выходное сопротивление можно омметром между контактами 5 (GND) и 6 (OUT) микросхемы (рис.3), причем полярность подключения измерительного прибора не имеет значения. Такое измерение лучше производить при выпаянной микросхеме. В случае пробоя микросхемы это сопротивление становится равным нескольким Ом.

Если же измерять выходное сопротивление, не выпаивая микросхему, то необходимо предварительно выпаять неисправный транзистор, так как в этом случае может "звониться" его пробитый переход "затвор-исток". Кроме того, при этом следует учесть, что обычно в схеме имеется согласующий резистор, включаемый между выходом микросхемы и "корпусом". Поэтому у исправной микросхемы при проверке может появиться выходное сопротивление. Хотя, оно обычно не бывает меньше 1 кОм.

Таким образом, если выходное сопротивление микросхемы очень мало или имеет значение близкое к нулю, то ее можно считать неисправной.

Моделирование работы микросхемы

Такая проверка проводится без выпаивания микросхемы из блока питания. Блок питания перед проведением диагностики необходимо выключить!

Суть проверки заключается в подаче питания на микросхему от внешнего источника и анализе ее характерных сигналов (амплитуды и формы) с помощью осциллографа и вольтметра.

Порядок работы включает в себя следующие шаги:

1) Отключить монитор от сети переменного тока (отсоединить сетевой кабель).

2) От внешнего стабилизированного источника тока подать на контакт 7 микросхемы питающее напряжение более 16В (например, 17-18 В). При этом микросхема должна запуститься. Если питающее напряжение будет менее 16 В, то микросхема не запустится.

3) С помощью вольтметра (или осциллографа) измерить напряжение на контакте 8 (VREF) микросхемы. Там должно быть опорное стабилизированное напряжение +5 В постоянного тока.

4) Изменяя выходное напряжение внешнего источника тока, убедиться в стабильности напряжения на контакте 8. (Напряжение источника тока можно изменять от 11 В до 30 В, при дальнейшем уменьшении или увеличении напряжения микросхема будет отключаться, и напряжение на контакте 8 будет пропадать).

5) Осциллографом проверить сигнал на контакте 4 (CR). В случае исправной микросхемы и ее внешних цепей на этом контакте будет линейно изменяющееся напряжение (пилообразной формы).

6) Изменяя выходное напряжение внешнего источника тока, убедитесь в стабильности амплитуды и частоты пилообразного напряжения на контакте 4.

7) Осциллографом проверить наличие импульсов прямоугольной формы на контакте 6 (OUT) микросхемы (выходные управляющие импульсы).

Если все указанные сигналы присутствуют и ведут себя в соответствии с вышеприведенными правилами, то можно сделать вывод об исправности микросхемы и ее правильном функционировании.

В заключение хочется отметить, что на практике стоит проверить исправность не только микросхемы, но и элементов ее выходных цепей (рис.3). В первую очередь это резисторы R1 и R2, диод D1, стабилитрон ZD1, резисторы R3и R4, которые формируют сигнал токовой защиты. Эти элементы часто оказываются неисправными при пробоях

ШИМ UC3842AN

UC3842 представляет собой схему ШИМ–контроллера с обратной связью по току и напряжению для управления ключевым каскадом на n-канальном МОП транзисторе, обеспечивая разряд его входной емкости форсированным током величиной до 0.7А. Микросхема SMPS контроллер состоит в серии микросхем UC384X (UC3843, UC3844, UC3845) ШИМ-контроллеров. Ядро UC3842 специально разработано для долговременной работы с минимальным количеством внешних дискретных компонентов. ШИМ-контроллер UC3842 отличается точным управлением рабочего цикла, температурной компенсацией и имеет невысокую стоимость. Особенностью UC3842 является способность работать в пределах 100% рабочего цикла (для примера UC3844 работает с коэффициентом заполнения до 50%.). Отечественным аналогом UC3842 является 1114ЕУ7. Блоки питания выполненные на микросхеме UC3842 отличаются повышенной надежностью и простотой исполнения.

Рис. Таблица типономиналов.

Данная таблица дает полное представление в различиях микросхем UC3842, UC3843, UC3844, UC3845 между собой.

Общее описание.

Для желающих более глубоко ознакомится с ШИМ-контроллерами серии UC384X, рекомендуется следующий материал.

• Datasheet UC3842B (скачать)
• Datasheet 1114ЕУ7 отечественный аналог микросхемы UC3842А (скачать).
• Статья "Обратноходовой преобразователь", Дмитрия Макашева (скачать).
• Описание работы ШИМ-контроллеров серии UCX84X (скачать).
• Статья "Эволюция обратноходовых импульсных источников питания", С. Косенко (скачать). Статья опубликована в журнале "Радио" №7-9 за 2002г.

Документ от НТЦ СИТ, самое удачное описание на русском языке для ШИМ UC3845 (К1033ЕУ16), настоятельно рекомендуется для ознакомления. (Скачать).

Различие микросхем UC3842A и UC3842B, A потребляет меньший ток до момента запуска.

UC3842 имеет два варианта исполнения корпуса 8pin и 14pin, расположение выводов этих исполнений, существенно отличаются. Далее будет рассматриваться только вариант исполнения корпуса 8pin.

Упрощенная структурная схема, необходима для понимания принципа работы ШИМ-контроллера.

Рис. Структурная схема UC3842

Структурная схема в более подробном варианте, необходима для диагностики и проверки работоспособности микросхемы. Так как расматриваем вариант исполнения 8pin, то Vc-это 7pin, PGND-это 5pin.

Рис. Структурная схема UC3842 (подробный вариант)

Рис. Расположение выводов (pinout) UC3842

Здесь должен быть материал по назначению выводов, однако гораздо удобнее читать и смотреть на практическую схему включения ШИМ-контроллера UC3842. Схема нарисована настолько удачно, что намного упрощает понимание назначение выводов микросхемы.

Рис. Схема включения UC3842 на примере блока питания для TV

1. Comp :(рус. Коррекция ) выход усилителя ошибки. Для нормальной работы ШИМ–контроллера необходимо скомпенсировать АЧХ усилителя ошибки, с этой целью к указанному выводу обычно подключается конденсатор емкостью около 100 пФ, второй вывод которого соединен с выводом 2 ИС. Если на этом выводе напряжение занизить ниже 1вольта, то на выходе 6 микросхемы будет уменьшаться длительность импульсов, тем самым уменьшая мощность данного ШИМ–контроллера.
2. Vfb : (рус. Напряжение обратной связи ) вход обратной связи. Напряжение на этом выводе сравнивается с образцовым, формируемым внутри ШИМ–контроллера UC3842. Результат сравнения модулирует скважность выходных импульсов, в результате выходное напряжение блока питания стабилизируется. Формально второй вывод служит для сокращения длительности импульсов на выходе, если на него подать выше +2,5 вольта, то импульсы сократятся и микросхема снизит выдаваемую мощность.
3. C/S : (второе обозначение I sense ) (рус. Токовая обратная связь ) сигнал ограничения тока. Данный вывод должен быть присоединен к резистору в цепи истока ключевого транзистора. В момент перегрузки МОП транзистора напряжение на сопротивлении увеличивается и при достижении определённого порога UC3842A прекращает свою работу, закрывая выходной транзистор. Проще говоря, вывод служит для отключения импульса на выходе, при подаче на него напряжения выше 1вольта.
4. Rt/Ct : (рус. Задание частоты ) подключение времязадающей RC-цепочки, необходимой для установки частота внутреннего генератора. R подключается к Vref - опорное напряжение, а С к общему проводу (обычно выбирается несколько десятков nF). Эта частота может быть изменена в достаточно широких пределах, сверху она ограничивается быстродействием ключевого транзистора, а снизу - мощностью импульсного трансформатора, которая падает с уменьшением частоты. Практически частота выбирается в диапазоне 35…85 кГц, но иногда источник питания вполне нормально работает и при значительно большей или значительно меньшей частоте.
Для времязадающей RC-цепочки лучше отказаться от керамических конденсаторов.
5. Gnd : (рус. Общий ) общий вывод. Общий вывод не должен быть соединён с корпусом схемы. Это земля "горячая" соединяется с корпусом устройства через пару конденсаторов.
6. Out : (рус. Выход ) выход ШИМ–контроллера, подключается к затвору ключевому транзистору через резистор или параллельно соединенные резистор и диод (анодом к затвору).
7. Vcc : (рус. Питание ) вход питания ШИМ-контроллера, на этот вывод микросхемы подаётся напряжение питания в диапазоне от 16 вольт до 34, обратите внимание, что данная микросхема имеет встроенный триггер Шмидта(UVLO), который включает микросхему, если напряжение питания превышает 16вольт, если-же напряжение по каким-либо причинам станет ниже 10 вольт (для других микросхем серии UC384X значения ON/OFF могут отличатся см. Таблицу Типономиналов), произойдёт её отключение от питающего напряжения. Микросхема также обладает защитой от перенапряжения: если напряжение питания на ней превысит 34вольта, микросхема отключится.
8. Vref : выход внутреннего источника опорного напряжения, его выходной ток до 50 мА, напряжение 5 В. Подключается к одному из плеч делителя служит для оперативной регулировки Uвыхода всего блока питания.

Немного теории.

Схема отключения при понижении входного напряжения.

Рис. Схема отключения при понижении входного напряжения.

Схема отключения при понижении входного напряжения или UVLO-схема(по-английски отключение при понижении напряжения – Under-Voltage LockOut) гарантирует, что напряжение Vcc равно напряжению, делающему микросхему UC384x полностью работоспособной для включения выходного каскада. На Рис. показано, что UVLO-схема имеет пороговые напряжения включения и выключения, значения которых равны 16 и 10, соответственно. Гистерезис, равный 6В, предотвращает беспорядочные включения и выключения напряжения во время подачи питания.

Генератор.

Рис. Генератор UC3842.

Частотозадающий конденсатор Ct заряжается от Vref(5В) через частотозадающий резистор Rt, а разряжается внутренним источником тока.

Микросхемы UC3844 и UС3845 имеют встроенный счетный триггер, который служит для получения максимального рабочего цикла генератора, равного 50%. Поэтому генераторы этих микросхем нужно установить на частоту переключения вдвое выше желаемой. Генераторы микросхем UC3842 и UC3843 устанавливается на желаемую частоту переключения. Максимальная рабочая частота генераторов семейства UC3842/3/4/5 может достигать 500 кГц.

Считывание и ограничение тока.

Рис. Организация обратной связи по току.

Преобразование ток-напряжение выполнено на внешнем резисторе Rs, связанном с землей. RC фильтр для подавления выбросов выходного ключа. Инвертирующий вход токочувствительного компаратора UC3842 внутренне смещен на 1Вольт. Ограничение тока происходит, если напряжение на выводе 3 достигает этого порогового значения.

Усилитель сигнала ошибки.

Рис. Структурная схема усилителя сигнала ошибки.

Неинвертирующий вход сигнала ошибки не имеет отдельного вывода и внутренне смещен на 2,5вольт. Выход усилителя сигнала ошибки соединен с выводом 1 для подсоединении внешней компенсирующей цепи, позволяя пользователю управлять частотной характеристикой замкнутой петли обратной связи конвертора.

Рис. Схема компенсирующей цепи.

Схема компенсирующей цепи, подходящая для стабилизации любой схемы преобразователя с дополнительной обратной связью по току, кроме обратноходовых и повышающих конвертеров, работающих с током катушки индуктивности.

Способы блокировки.

Возможны два способа блокировки микросхемы UC3842:
повышение напряжения на выводе 3 выше уровня 1 вольт,
либо подтягивание напряжения на выводе 1 до уровня не превышающего падения напряжения на двух диодах, относительно потенциала земли.
Каждый из этих способов приводит к установке ВЫСОКОГО логического уровня напряжения на выходе ШИМ-копаратора (структурная схема). Поскольку основным (по умолчанию) состоянием ШИМ-фиксатора является состояние сброса, на выходе ШИМ-компаратора будет удерживаться НИЗКИЙ логический уровень до тех пор, пока не изменится состояние на выводах 1 и/или 3 в следующем тактовом периоде (периоде, который следует за рассматриваемым тактовым периодом, когда возникла ситуация, требующая блокировки микросхемы).

Схема подключения.

Простейшая схема подключения ШИМ-контроллера UC3842, имеет чисто академический характер. Схема является простейшим генератором. Несмотря на простоту данная схема рабочая.

Рис. Простейшая схема включения 384x

Как видно из схемы, для работы ШИМ-контроллера UC3842 необходима только RC цепочка и питание.

Схема включения ШИМ контроллера ШИМ-контроллера UC3842A, на примере блока питания телевизора.

Рис. Схема блока питания на UC3842A.

Схема дает наглядное и простое представление использования UC3842A в простейшем блоке питания. Схема для упрощения чтения, несколько изменена. Полный вариант схемы можно найти в PDF документе "Блоки питания 106 схем" Товарницкий Н.И.

Схема включения ШИМ контроллера ШИМ-контроллера UC3843, на примере блока питания маршрутизатора D-Link, JTA0302E-E.

Рис. Схема блока питания на UC3843.

Схема хоть и выполнена по стандартному включению для UC384X, однако R4(300к) и R5 (150) выводят из стандартов. Однако удачно, а главное, логично выделенные цепи, помогают понять принцип работы блока питания.

Блок питания на ШИМ-контроллере UC3842. Схема не предназначена для повторения, а преследует только ознакомительные цели.

Рис. Стандартная схема включения из datasheet-a (схема несколько изменена, для более простого понимания).

Ремонт Блока питания на основе ШИМ UC384X.

Проверка при помощи внешнего блока питания .

Рис. Моделирование работы ШИМ контроллера.

Проверка работы проводится без выпаивания микросхемы из блока питания. Блок питания перед проведением диагностики необходимо выключить из сети 220В!

От внешнего стабилизированного блока питания подать напряжение на контакт 7(Vcc) микросхемы напряжение более напряжения включение UVLO, в общем случае более 17В. При этом ШИМ-контроллер UC384X должен заработать. Если питающее напряжение будет менее напряжения включения UVLO (16В/8.4В), то микросхема не запустится. Подробнее про UVLO можно почитать здесь.

Проверка внутреннего источника опорного напряжения.

Проверка UVLO

Если внешний источник питания позволяет регулировать напряжение, то желательно проверить работу UVLO. Изменяя напряжение на контакт 7(Vcc) контакте в рамках диапазона напряжений UVLO опорное напряжение на контакте 8(Vref) = +5В не должно меняться.

Подавать напряжение 34В и выше на контакт 7(Vcc) не рекомендуется. Возможно наличие в цепи питания ШИМ-контроллера UC384X защитного стабилитрона, тогда выше рабочего напряжения этого стабилитрона подавать не рекомендуется.

Проверка работы генератора и внешних цепей генератора.

Для проверки потребуется осциллограф. На контакте 4(Rt/Ct) должна быть стабильная «пила».

Проверка выходного управляющего сигнала.

Для проверки потребуется осциллограф. В идеале на контакте 6(Out) должны быть импульсы прямоугольной формы. Однако исследуемая схема может отличаться от приведенной и тогда потребуется отключить внешние цепи обратной связи. Общий принцип показан на рис. – при таком включении ШИМ-контроллер UC384X гарантированно запустится.

Рис. Работа UC384x с отключенными цепями обратной связи.

Рис. Пример реальных сигналов при моделировании работы ШИМ контроллера.

Если БП с управляющим ШИМ-контроллером типа UC384x не включается или включается с большой задержкой, то проверьте заменой электролитический конденсатор, который фильтрует питание (7 вывод) этой м/с. Также необходимо проверить элементы цепи начального запуска (обычно два последовательно включенных резистора 33-100kOhm).

При замене силового (полевого) транзистора в БП с управляющей м/с 384x следует обязательно проверять резистор, выполняющий функцию датчика тока (стоит в истоке полевика). Изменение его сопротивления при номинале в доли Ома очень сложно обнаружить обычным тестером! Увеличение сопротивления этого резистора ведет к ложному срабатыванию токовой защиты БП. При этом можно очень долго искать причины перегрузки БП во вторичных цепях, хотя их там вовсе и нет.