基于UC3842的小功率開關(guān)電源工作原理及維修

張勇

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

引言

電源是電子、電氣設(shè)備的重要組成部分，穩(wěn)定可靠的電源對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要。實(shí)踐中電子、電氣設(shè)備電源部分損壞導(dǎo)致設(shè)備不能正常使用的比例非常高。對(duì)于一些典型電源電路的學(xué)習(xí)、研究，有助于我們掌握開關(guān)電源原理，在維修電氣設(shè)備實(shí)踐中具有重要意義，能夠達(dá)到事半功倍的效果。開關(guān)電源輸入端將電網(wǎng)電壓整流、濾波成不穩(wěn)定的直流高壓，通過高頻隔離變壓器將原邊的脈動(dòng)直流電感應(yīng)至二次側(cè)，經(jīng)由二次側(cè)的高頻整流輸出電路需要的穩(wěn)定直流電。開關(guān)電源具有工作效率高、體積小、穩(wěn)壓范圍能從90 V 到240 V、波紋系數(shù)小、輸入輸出隔離等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。

1 UC3842開關(guān)電源原理

1.1 UC3842芯片結(jié)構(gòu)

UC3842 是一款目前使用比較廣泛的電流型電源管理芯片。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示，芯片包含內(nèi)部偏置電路、振蕩器、誤差放大器、精密基準(zhǔn)電壓、電流取樣比較器和脈沖調(diào)制鎖存器等。

圖1 UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

UC3842 最大直接驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)1 A，可直接驅(qū)動(dòng)功率型半導(dǎo)體器件。該芯片具有外圍元件少、調(diào)試簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各類電氣備件電源中作為功率半導(dǎo)體器件的控制芯片。

1.2 基于UC3842開關(guān)電源

圖2 是基于UC3842 的小功率輸出開關(guān)電源典型原理圖。以UC3842 芯片為核心的反激式固定輸出電壓開關(guān)電源,可廣泛應(yīng)用于各類直流電壓供電場(chǎng)合。

圖2 基于UC3842的開關(guān)電源典型原理圖

高頻開關(guān)變壓器起著隔離、儲(chǔ)能元件的作用，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，二次側(cè)輸出二極管截止，變壓器原邊繞組電流增加，變壓器線圈儲(chǔ)能增加；開關(guān)管截止時(shí)，變壓器原邊繞組電流斷開，高頻變壓器中的磁場(chǎng)能量通過二次側(cè)繞組經(jīng)二極管整流向負(fù)載釋放。通過調(diào)整變壓器二次側(cè)線圈匝數(shù)可以實(shí)現(xiàn)多路不同輸出電壓。

1.3 基于UC3842開關(guān)電源工作原理

接通電源后,交流電經(jīng)過全橋整流和電容濾波產(chǎn)生直流電壓，通過一個(gè)120 kΩ 的啟動(dòng)電阻及47 μf/50 V 的電解電容濾波向UC3842 的7 腳供電，當(dāng)7 腳的電壓達(dá)到16 V 時(shí)，UC3842 啟動(dòng)，開關(guān)電源開始啟動(dòng)工作。電源管理芯片的二次供電繞組產(chǎn)生的電壓經(jīng)高頻二極管整流、電容濾波后為UC3842提供正常工作電壓。

開關(guān)管源極接一個(gè)0.5 Ω 的電阻，為電流保護(hù)取樣電阻，這個(gè)電壓接入3腳，當(dāng)電流增大取樣電阻壓降達(dá)到1 V 時(shí)，UC3842 內(nèi)部的比較器反轉(zhuǎn)，封鎖PWM輸出，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。

高頻開關(guān)管在關(guān)斷瞬間，變壓器線圈反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的尖峰脈沖，容易造成開關(guān)管過壓損壞。在變壓器主繞組并聯(lián)的D1、C2、R3 組成吸收回路，避免尖峰脈沖高電壓對(duì)開關(guān)管造成過壓損壞。

當(dāng)UC3842 電源端電壓低于10 V 時(shí)，芯片自行欠壓關(guān)斷保護(hù)。芯片內(nèi)部電源端的穩(wěn)壓二極管，將芯片鉗位在34 V以下，保護(hù)芯片不致?lián)p壞。

芯片8腳產(chǎn)生的+5 V電壓經(jīng)電阻、電容充放電，在芯片4 號(hào)引腳得到震蕩鋸齒波，計(jì)算公式為:f=1/T=1.72/(Rt×Ct)。選場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，f可取20～250 kHz。采用雙極型功率管時(shí)，f不得超過40 kHz。

2 UC3842開關(guān)電源常見故障及維修

2.1 UC3842芯片故障及維修方法

外觀檢查未見明顯故障點(diǎn)，可用萬用表檢測(cè)開關(guān)管，源極與漏極、柵極源極是否短路，確認(rèn)開關(guān)管無擊穿現(xiàn)象后?？梢栽趩?dòng)電阻R2 兩端并聯(lián)一個(gè)1.5 kΩ 的電阻，采用50 V 的直流電壓并聯(lián)在整流濾波電容C14 兩端，用較低的電壓上電測(cè)試?？梢暂^好地避免維修人員發(fā)生觸電危險(xiǎn)，保障故障范圍不擴(kuò)大。

(1）測(cè)量UC3842 芯片的接地端（5 腳）與電源端（7腳）的電壓是否在11～15 V之間波動(dòng)，有波動(dòng)說明電源管理芯片已起振;再測(cè)量芯片8腳對(duì)5腳是否有5 V 電壓（正常電壓為5 V），6 腳對(duì)地用萬用表交流檔測(cè)量電壓波動(dòng)情況，用示波器測(cè)量輸出是否是脈沖波形，由此判斷UC3842芯片是否正常。

(2)如判斷UC3842 損壞，則更換后還需要對(duì)周邊的元件檢查確認(rèn),尤其是R6 驅(qū)動(dòng)電阻和R10 電流反饋電阻。R6 變質(zhì)容易造成炸機(jī),R10 變質(zhì)造成過流保護(hù)。

（3）在維修實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)芯片電源濾波電容C1損壞的幾率較大，用萬用表測(cè)量電容容量,再用電橋測(cè)量,如果電容的損耗值較大，則說明濾波電容C1 實(shí)際已失效。

2.2 電源出現(xiàn)“打嗝”現(xiàn)象及維修方法

開關(guān)電源出現(xiàn)“打嗝”現(xiàn)象，說明電源已經(jīng)起振，但無法持續(xù)輸出電壓，可能的原因有，輸出電路故障或二次供電故障。

輸出電路故障會(huì)造成輸出電流超過設(shè)定值引起開關(guān)電源過流保護(hù)，無法建立起正常的二次供電，導(dǎo)致開關(guān)電源經(jīng)啟動(dòng)電阻供電啟動(dòng)后，芯片無法得到后續(xù)正常供電，而出現(xiàn)間歇性振蕩。輸出電路故障最有可能的表現(xiàn)是輸出濾波電容損壞、二次側(cè)整流二極管短路、負(fù)載電路有短路現(xiàn)象等。可以斷開負(fù)載電路，接一個(gè)合適的電阻代替負(fù)載，判斷負(fù)載部分還是電源部分故障。

二次供電故障最常見的原因是二次供電的濾波電容損壞。可以用萬用表測(cè)量電容容量,用電橋測(cè)量電容的損耗值和品質(zhì)因素值來判斷,如測(cè)量發(fā)現(xiàn)電容的損耗值很大，而品質(zhì)因數(shù)值較小，則說明電容已經(jīng)損壞，通常更換電容后可以恢復(fù)。

2.3 穩(wěn)壓反饋電路故障及維修方法

上電后開關(guān)電源有輸出，但輸出電壓達(dá)不到設(shè)計(jì)值時(shí)，則可能是穩(wěn)壓反饋電路存在故障。一些開關(guān)電源采用TL431精密穩(wěn)壓元件調(diào)節(jié)光耦的二極管電流，控制集電極與發(fā)射極的電流，控制UC3842 的電壓反饋控制端電壓，調(diào)節(jié)開關(guān)管的脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。

在維修過程中可以拆除光耦，在集電極和發(fā)射極間接入一個(gè)10 kΩ 的可調(diào)電阻，通過調(diào)整這個(gè)電阻值，二次側(cè)的電壓應(yīng)該不斷變化。這樣能夠比較容易判斷出故障在電壓控制部分還是在取樣部分。

2.4 輸出電路故障及維修方法

輸出電路主要是高頻整流二極管及濾波電容組成,輸出電路故障常見的原因是濾波電容失效。不能簡單地測(cè)量電容的容量與標(biāo)稱值相符就判斷電容正常,需要先用萬用表測(cè)量輸出濾波電容容量,再用電橋測(cè)量電容，如果電容的損耗值比較大，品質(zhì)因素Q值較小,則這個(gè)電容已經(jīng)失效。

2.5 開關(guān)管反復(fù)損壞故障及維修方法

開關(guān)電源是通過控制開關(guān)管的通斷進(jìn)行工作。在維修中多次碰到開關(guān)管損壞，更換后使用一段時(shí)間又損壞的故障,這個(gè)故障的原因通常是UC3845的驅(qū)動(dòng)輸出電阻變質(zhì)造成。該電阻為開關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)電阻，當(dāng)該電阻變質(zhì)，阻值增大后，造成開關(guān)管激勵(lì)不足，開關(guān)管導(dǎo)通不完全,導(dǎo)致開關(guān)管異常發(fā)熱而損壞。在維修中可以用紅外測(cè)溫計(jì)測(cè)量開關(guān)管溫度，如發(fā)現(xiàn)溫度異常，需要重點(diǎn)檢查開關(guān)管激勵(lì)電路。

3 總結(jié)

由于設(shè)計(jì)思路的差異，基于UC3842 的開關(guān)電源,不同公司的產(chǎn)品電路原理圖或多或少都存在一些區(qū)別。掌握典型開關(guān)電源原理可以很好地指導(dǎo)故障判斷和維修。

（1）UC3842 的7 腳芯片電源端，電壓達(dá)到16 V開始起振，低于10 V停振。

（2）UC3842 的2 腳為電壓反饋調(diào)整端，基準(zhǔn)電壓為2.5 V。

（3）UC3842 的3 腳為過流保護(hù)端，該腳電壓超過1 V芯片過流保護(hù)。

（4）在判斷電解電容時(shí)用萬用表測(cè)量只能參考，盡量采用替換法確認(rèn)，避免走彎路。在維修實(shí)踐中多分析，多思考，基本就可以根據(jù)現(xiàn)象判斷故障點(diǎn)，解決問題。