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3842开关电源知识分享

高工
2026-05-11 22:42:17     打赏
基于 UC3842 芯片的 反激式开关电源(Flyback Switching Power Supply) 的原理图。这是一种非常经典且广泛应用的电源拓扑结构,常用于中小功率的电源适配器、充电器等设备中。

image.png


一、 整体工作原理概述该电源的核心是将 220V 交流电 转换为 稳定的直流电。其工作过程主要分为四个阶段:输入与整流滤波:将高压交流电变成高压直流电。功率变换开关动作:利用 UC3842 控制开关管MOSFET的快速通断,将直流电变成高频脉冲电流,通过变压器降压。次级整流滤波:将变压器输出的高频脉冲整流并滤波,变成平滑的直流电。

反馈稳压:实时监测输出电压,通过光耦将信息反馈给初级侧的 UC3842,自动调整开关管的导通时间占空比,从而稳定输出电压。



二、 模块详细说明

我们可以将电路图分为四个主要部分来解析:

1. 初级侧高压侧 / 热地

这是连接市电的一侧,电压较高,通常称为“热地”。

输入电路 :

市电输入,经过保险丝图中未明确画出,但通常存在进入整流桥。

整流与滤波 Rectification & Filtering:

整流桥:将220V交流电变成脉动直流电。

滤波电容 310V:将脉动直流电平滑,形成约310V的高压直流母线电压。

启动电路 Start-up Circuit:

由 启动电阻 组成。在通电瞬间,310V高压通过电阻给 UC3842 的 7脚 VCC 供电,使芯片开始工作。

尖峰吸收电路 Snubber Circuit:

由 电阻、电容、二极管 组成。当开关管关断时,变压器漏感会产生高压尖峰,该电路用于吸收这部分能量,保护开关管不被击穿。

PWM 控制核心 UC3842:

这是电源的“大脑”。它产生高频脉冲信号通常在几十kHz到一百多kHz。

6脚 Output:输出驱动信号,控制开关管的开关。

7脚 VCC:电源引脚。芯片启动后,由变压器辅助绕组图中未完全画出辅助绕组供电回路,通常接在7脚供电,以维持芯片工作。

4脚 RT/CT:连接 定时电阻 和 定时电容,决定开关频率。

3脚 Current Sense:电流检测。通过检测开关管源极电阻上的电压,来限制最大电流,防止过流。

1脚 Comp:电压反馈输入。接收来自次级侧的误差信号,调节占空比。

2脚 VFB:电压反馈输入图中标注为电压反馈,通常接光耦输出。


2. 功率变换级 Transformer & Switching

开关变压器:

这是核心部件。初级线圈接收高频脉冲,次级线圈感应出电压。

图中标注了“初级”和“次级”绕组。

开关管 MOSFET:

受 UC3842 的6脚驱动,快速导通和截止。

导通时,能量储存在变压器磁芯中;截止时,能量传递给次级。


3. 次级侧低压侧 / 冷地

这是输出直流电的一侧,电压较低,与市电隔离,称为“冷地”。

整流二极管:

当开关管截止时,变压器次级感应出电压,二极管导通,电流流向输出电容和负载。

输出滤波电容:

平滑整流后的波形,提供稳定的直流电压。

Y电容:

跨接在初级和次级地之间或初级地与次级地之间,用于滤除共模干扰,保证EMC电磁兼容性能。


4. 反馈稳压电路 Feedback Loop

这是保证输出电压稳定的关键环路。

取样电路 TL431 稳压电路:

由 TL431精密稳压源、分压电阻 和 限流电阻 组成。

它实时监测输出电压。如果输出电压升高,TL431 导通程度增加。

光耦 Optocoupler:

这是连接“冷地”和“热地”的桥梁,实现电气隔离。

它将次级侧的电压变化信号通过改变发光二极管的电流传递给初级侧的光敏三极管。

反馈回路:

光耦的输出连接到 UC3842 的 1脚或2脚。

调节过程:如果输出电压过高 -> TL431电流增大 -> 光耦发光增强 -> 初级侧光敏三极管导通增强 -> UC3842的1脚电压变化 -> UC3842减小6脚的脉冲宽度占空比 -> 开关管导通时间变短 -> 输出电压降低。反之亦然。


基于 UC3843 芯片的 小功率开关电源 Switching Power Supply  原理图。

image.png


与上一张 UC3842 的反激 Flyback 电源不同,这张图展示的是一个 单管正激 Forward Converter  或者 推挽 Push-Pull  拓扑的变体 看变压器绕组结构更像是单管正激或类似的隔离拓扑 。UC3843 是 UC3842 的升级版,主要区别在于 UC3843 的输出驱动能力更强 图腾柱输出 ,且内部基准电压精度更高。

 核心功能

输入:220V AC 50Hz 。

输出:5V DC,最大电流 3A。

控制核心:UC3843 PWM 控制器。

拓扑结构:隔离型开关电源 初级侧与次级侧通过变压器隔离 。


 模块详细分析

1. 输入与整流滤波 Input Stage 

FUSE 保险丝 :过流保护。

C1, L1, DB1 EMI 滤波与整流 :

这是一个 π型滤波器 配合 整流桥。

C1 0.1uF  和 L1 电感  组成差模滤波,滤除电网杂波。

DB1 整流二极管  将 220V 交流电整流为脉动直流电。

C2 47uF :主滤波电容,将脉动直流平滑为约 310V 的高压直流电,供给变压器初级。

2. PWM 控制电路 UC3843 核心 

这是电路的“大脑”,负责产生开关信号。


供电 Pin 7 - VCC :

启动时:高压直流通过 R4 120K  降压后给 7 脚供电。

维持时:变压器辅助绕组 图中 N2/N3 部分 感应电压,经整流滤波后给 7 脚供电 自举供电 。

启动与关断控制 Pin 4 & Pin 8 :

Pin 4 RT/CT :连接 R10, C5,设定振荡器频率。

Pin 8 Vref :内部基准源 通常 5V ,通过 R3, R10 分压给 Pin 4 提供参考。

电流检测 Pin 3 - CS :

这是 UC3843 的关键引脚。它检测开关管 2SK2067 源极电阻 R11 0.33Ω  上的电压。

如果电流过大,Pin 3 电压升高,芯片会在当个周期内关闭输出,保护开关管。

驱动输出 Pin 6 - Out :

输出高频 PWM 脉冲,驱动功率 MOSFET 2SK2067。

3. 功率变换级 Power Stage 

开关管 2SK2067 :

这是一个 N 沟道 MOSFET。受 UC3843 Pin 6 控制,快速开关。

当它导通时,电流流过变压器初级线圈 N1,能量储存在磁芯中。

变压器 T1 :

N1 初级 :90 匝。

N2, N3 次级/辅助 :图中标注 N2 11T , N3 9T 。这看起来像是为了提供驱动电压或反馈电压。

N4 输出绕组 :虽然图上标号有点乱,但右侧输出部分对应的是变压器的另一组次级绕组。

钳位/吸收电路:

R5, C10, UF4007:这是 RCD 吸收电路 Snubber 。当开关管关断时,变压器漏感产生的尖峰电压会被电容 C10 吸收,电阻 R5 消耗能量,二极管 UF4007 隔离,保护开关管。

4. 次级整流与输出 Output Stage 

整流二极管 SR1660 :

这是一个 肖特基二极管 Schottky Diode ,导通压降低,效率高,适合低压大电流输出。

当开关管导通时 如果是正激拓扑 ,或者通过续流 如果是反激 ,它导通将能量传递给输出。

LC 滤波 L2, C13, C14 :

L2 电感  和 C13, C14 电容  组成 LC 滤波器,将高频脉冲平滑成纯净的 5V 直流电。

C12 1000pF :高频滤波电容,滤除高频噪声。

5. 反馈稳压环路 Feedback Loop 

虽然图中没有画出光耦 Optocoupler 直接连回 UC3843 的 Pin 1/2,但通常这类设计会有以下反馈路径 图中可能简化或隐含 :


取样:输出电压通过电阻分压 图中未完全画出分压电阻连接到 TL431 的部分,但右侧有 TL431 的位置暗示 。

TL431:精密稳压器。

光耦:将次级侧的误差信号传递回初级侧 UC3843 的 Pin 1 Comp ,调节占空比以稳定输出。

工作原理总结

上电:220V 交流电经过整流滤波变成 310V 直流。

启动:电流通过 R4 给 UC3843 的 7 脚供电,芯片开始振荡,Pin 6 输出 PWM 脉冲。

开关动作:PWM 脉冲打开 MOSFET 2SK2067 ,电流流过变压器初级 N1,磁芯储能。

能量传递:

如果是 正激拓扑:开关管导通时,次级绕组感应电压,SR1660 导通,给电容充电。

如果是 反激拓扑 看图更像正激,因为有独立的续流或整流管 :开关管关断时,能量释放。

注:仔细看图,SR1660 串联在输出端,且变压器有 N1, N2, N3 多个绕组,这更像是一个 单管正激 Single Transistor Forward  变换器。

稳压:输出端的电压被监测,如果电压波动,反馈信号会改变 UC3843 的 PWM 占空比 导通时间 ,从而稳定输出 5V。


关键元件参数解读

R11 0.33Ω :电流采样电阻。阻值很小,为了减小功耗,但能产生足够的电压信号给 UC3843 的 Pin 3。

2SK2067:功率 MOSFET,耐压通常在 600V-800V,适合 310V 母线电压。

SR1660:肖特基二极管,耐压 60V,电流 16A,非常适合 5V/3A 的输出。


总结 

展示了基于 UC3842 的反激式Flyback电源和基于 UC3843 的正激式Forward电源的经典设计。UC3842 反激电源:这是一种结构简单、成本低廉的隔离型拓扑,广泛用于中小功率适配器。其核心工作原理是利用 UC3842 控制 MOSFET 开关,在开关导通时将能量储存在变压器磁芯中,关断时通过次级绕组释放能量。该电路包含了完整的输入整流、PWM 控制、尖峰吸收以及通过光耦和 TL431 构成的反馈稳压环路,能够将 220V 交流电稳定转换为直流电。UC3843 正激电源:这是一个输出 5V/3A 的小功率电源。与反激不同,它采用单管正激拓扑,能量在开关导通时直接传递给次级。UC3843 作为控制核心,利用其图腾柱输出驱动 MOSFET——2SK2067,并通过电流检测电阻R11实现逐周期限流保护。电路同样具备输入 EMI 滤波、变压器隔离变换及输出 LC 滤波,是一款典型的低压大电流开关电源设计。



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