详解开关电源控制集成电路

他励式开关电源控制集成电路是采用了模拟电路和数字电路构成的，下面以典型的UC/KA3842、TL494为例进行介绍。

(1)UC/KA3842

UC/KA3842属于单端输出脉宽控制芯片，它是一种高性能的固定频率电流型控制电路，采用它构成的开关电源广泛应用在彩色电视机、彩色显示器、VCD、DVD、充电器、卫星接收机等电子设备中。它主要的优点是外接元器件少、结构简单、成本低。UC/KA3842、UC/KA3843有双列直插Minidip(DIP)式和双列贴片SO8式两种封装结构，如图2-53所示，它的引脚功能见表2-24。

图2-53 UC/KA3842的实物和内部构成方框图

表2-24 UC/KA3842的引脚功能和参考电压数据

提示

UC3842～UC3845/UC2842～UC2845属于一个系列产品，仅供电端⑦脚的启动电压、关闭电压和激励脉冲输出端⑥脚输出的激励信号的最大占空比不同，见表2-25。

表2-25 UC3842～UC3845/UC2842～UC2845主要参数

特点：当UC3842的⑦脚电压达到16V后，UC3842内的启动电路开始启动，通过5V基准电压形成电路产生5V电压，该电压不仅由⑧脚输出，而且为它内部的振荡器、PWM调制器等电路供电。振荡器获得供电后开始工作，利用④脚外接的RC元件产生振荡脉冲，该脉冲通过逻辑电路处理后产生矩形脉冲，再通过推挽放大器放大后从⑥脚输出。当它的②脚输入电压升高或①脚电位下降时，都会导致它⑥脚输出的脉冲的占空比减小;而③脚输入的电压升高时，也会导致⑥脚输出的激励脉冲的占空比减小。

典型电路识图：下面以图2-54所示的 LG FB775FT 型彩显的开关电源为例，介绍以UC/KA3842为核心构成的开关电源的识图方法。该电源是以KA3842(IC901)、开关管Q901、开关变压器T901为核心构成的并联型他激式开关电源。

KA3842的⑦脚外接的R904、C913、D901构成启动电路，为KA3842提供启动电压;D906、C913 组成的整流、滤波电路为 KA382 提供启动后的工作电压;R911、D904、C911组成的整流滤波电路为稳压控制电路提供取样电压。②脚外接的 VR901、R912～R914 组成的是误差取样电路，而R914两端阻值大小受Q902是否导通的控制。行扫描电路未工作时，行输出变压器T701无行逆程脉冲输出，Q902截止，R914两端阻值为其标称阻值;行扫描电路工作后，T701输出的脉冲电压经D912整流、R930限流、C916滤波后，经R911使Q902导通，致使R914两端阻值下降。④脚外接的R926、C918是振荡器的外接定时元件，C914、R928、D911、R929行频触发脉冲输入元件;③脚外接的R925、R918、R918、C915构成开关管电流检测信号输入电路。

图2-54 LGFB775FT型彩显主电源电路

(2)TL494

TL494的内部构成如图2-55所示，引脚功能和维修参考数据如表2-26所示。TL494的脚为输出方式设置端。当它接 5V 电压时，TL494 的输出方式被设置为双端输出方式;为低电平时，输出方式为单端(末级放大器并联)输出方式。

图2-55 TL494的内部构成

表2-26 TL494的引脚功能和维修参考数据

下面以图2-56所示的BMCH-36型智能充电器为例介绍。其中，TL494和相关元器件构成了功率转换器部分，HA17358(同LM358)和相关元器件构成了电压检测和控制部分。

功率变换：该变换器采用了自激启动、他励工作方式。自激式启动电路由开关管V1、V2，电阻R30～R33以及变压器T2和T3等元器件组成，他励工作方式由PWM控制芯片TL494和相关元器件构成。由于TL494的 13 脚接5V电压，所以TL494的输出方式被设置为双端输出方式。

接通电源瞬间，由市电变换电路产生的310V电压不仅加到V1的c极，而且通过启动电阻R32和限流电阻R33限流后加到V1的b极使其导通。V1导通后，300V电压通过V1的c/e极、激励变压器T2的2-4绕组、开关变压器T3的1-2绕组、C17到地构成回路。回路中的电流在T3的一次绕组上产生②脚正、①脚负的电动势，在T2的2-4绕组上产生②脚正、④脚负的电动势，于是T2的1-2绕组产生①脚正、②脚负的感应电动势，T2的3-5绕组产生③脚正、⑤脚负的电动势。3-5绕组的电动势使开关管V2截止，1-2绕组输出的电动势通过C14、R33反馈到V1的b极，使V1迅速进入饱和状态，流过T3的1-2绕组的电流线性增大，当磁感应强度增大到饱和点时，电流急剧下降，由于电感中的电流不能突变，所以T2和T3各个绕组产生反向(相)电动势。T2的1-2绕组产生反相的脉冲电压后使V1迅速截止，而3-5绕组产生反向电动势后通过C13和R31使V2导通，此时，C17两端电压通过T3的1-2绕组和T2的2-4绕组、V2的c/e极到地构成回路。回路中的导通电流使T3的1-2绕组产生①脚正、②脚负的电动势，T2的2-4绕组产生④脚正、②脚负的电动势，随后V2截止，使T2、T3各个绕组再次产生反向的电动势，于是使V1再次导通，重复以上过程，V1和 V2 工作在自激振荡状态。该电源进入自激状态后，T3 的二次绕组输出的脉冲电压经 D9和D10全波整流、C17滤波产生直流电压。

C17两端产生的电压加到电源控制芯片TL494(IC1)供电端 12 脚，通过IC1内的基准电源形成5V电压，该电压不仅为IC1内部的触发器、比较器、误差放大器、振荡器等电路供电，而且从 14 脚输出，为充电控制电路提供参考电压。振荡器获得供电后，它与⑤脚、⑥脚外接的定时元件C10、R20通过振荡产生锯齿波脉冲电压。该锯齿波脉冲作为触发信号，控制PWM比较器产生矩形激励脉冲，再经RS触发器产生两个极性相反、对称的激励信号，通过驱动电路放大后从IC1的⑧脚和 11 脚输出。从IC1⑧脚和 11 脚输出的激励脉冲通过V4和V3放大后，再经T2耦合，驱动开关管V1和V2交替导通，从而使开关管进入他励式工作状态。开关电源进入稳定的他励式工作状态后，T3二次绕组输出的脉冲电压通过全波整流，在C1和C17两端分别产生稳定的44.5V和24V左右的直流电压。其中，44.5V直流电压通过防反向充电的隔离二极管D16不仅为蓄电池充电，而且为误差放大器提供取样电压。而24V电压第1路为TL494供电;第2路为充电、显示控制电路供电;第3路通过R9限流使发光二极管LED2发光，表明充电器已工作。

V1～V4 的 c、e 极两端并联的 D19、D18、D14、D13 是阻尼二极管，以保护 V1～V4不被过高的反向电压击穿;D11和D12组成温度补偿电路，以免过高的温度影响V3、V4的工作状态，最终给V1和V2带来危害;T3一次绕组上并联的C3和R1用作阻尼，以免T3进入自激振荡状态。D20、R35和D17、R28构成C14和C13钳位电路，并且在开关管截止期间为C14和C13提供快速放电回路，以便C14和C13在下一个振荡周期继续为开关管提供激励回路。

图2-56 BMCH-36型智能充电器电路原理图

稳压控制：该开关电源的稳压控制电路由电源控制芯片TL494(IC1)①、②脚内的误差放大器1、误差取样电路构成。由于取样电路对C1两端电压进行取样，所以该误差取样方式属于直接取样方式。

当市电电压降低或负载较重引起D16负极电压下降时，该电压通过R10、R11取样后的电压下降，IC1的①脚电位下降，即误差放大器1同相输入端电压下降，而反相输入端通过②脚接参考电压，两者比较后使误差放大器1输出低电平控制信号，该信号通过PWM比较器和RS触发器处理后，使IC1⑧脚、 11 脚输出的激励脉冲占空比增大，开关管V1和V2导通时间延长，开关变压器 T3 存储的能量增大，开关电源输出电压升高到正常值，实现稳压控制。若开关电源输出电压升高时，控制过程相反。IC1②脚输入的参考电压由 14 脚输出的基准电压通过电阻分压获得。

该开关电源输出电压还受温度开关ANb的控制。在冬季按下ANb开关，分压电阻R5、R6接入电路，使IC1的①脚输入的电压下降，致使IC1⑧、 11 脚输出的激励脉冲占空比增大，开关管导通时间延长，开关电源输出电压升高，D16负极电压在空载时为51V。在夏季断开ANb开关，R5、R6脱离电路，使IC1的①脚输入的电压升高，致使IC1⑧、 11 脚输出的激励脉冲占空比相对减小，开关管导通时间缩短，开关电源输出电压降低，D16负极电压在空载时为44.5V。

提示

若冬季在室内充电也最好采用低压方式，这样可延长蓄电池的使用寿命。而在夏季千万不可使用高电压挡充电，以免蓄电池被充坏(鼓包)。

充电、显示控制：该充电器的充电、显示控制电路由TL494(IC1)内的误差放大器1、误差放大器2和HA17358(IC2)、取样电阻R29、双色发光二极管LED1等元器件构成。其中R29是电流取样电阻，它串联在开关变压器T3的二次绕组和地之间，充电期间会在R29两端产生下正、上负的压降。这个压降不仅通过 R8、R***加到 IC2 的反相输入端⑥脚，而且通过R26、R25加到IC1的 15 脚，同时IC1 14 脚输出的5V电压经电阻限流也加到IC1 15 脚。

能量释放后的蓄电池两端电压下降，这样它在充电初期会使开关电源的负载较重，在稳压控制电路的作用下开关管导通时间较长，充电电流较大，为蓄电池快速充电，同时在R29两端建立的压降(负压)较高，一方面使IC1的 15 脚输入微弱的负电压，致使IC1内的误差放大器2输出高电平的控制信号，通过PWM电路将IC1⑧脚和 11 脚输出的激励脉冲占空比限制在一定范围内，避免开关管过电流损坏;另一方面因IC2的⑤脚接地，电压恒定为0，所以 IC2 的⑦脚输出高电平控制电压。该电压不仅通过 R1 限流，使双色发光二极管 LED1内的红色发光二极管发光，表明充电器工作在恒流充电状态，而且通过R6使V5导通，LED1内的绿色发光二极管因无供电不能发光。

随着恒流充电状态的不断进行，蓄电池两端电压逐渐升高，充电电流减小，在R29两端产生的压降使IC1 15 脚电位从负压变为0，IC1内的误差放大器2不影响开关电源的工作状态，但该压降仍会使充电指示灯LED1发光为红色，此时开关电源输出的电压在稳压控制电路作用下升高并保持稳定，D16负极电压恒定为44.5V(夏季)或51V(冬季)，充电器进入恒压充电阶段。此阶段，随着蓄电池所充电压不断增加，充电电流进一步减小。当电流减小到转折电流后，在R29两端产生的压降减小，于是IC1的 14 脚输出的5V电压通过91kΩ电阻使IC2⑥脚输入的电压超过0，IC2的⑦脚输出低电平控制电压。该电压一路使LED1内的红色发光二极管因无导通电压而熄灭，表明快速充电结束;另一路使V5截止，V5的c极上的电压通过电阻限流使LED1内的绿色发光二极管发光，表明蓄电池已充足电。

过电流保护：当蓄电池或C1、C17、整流管等元器件异常使R29两端的负压过大时，通过R26、R25使IC1(TL494) 15 脚输入的负压过大，被IC1内部电路处理后，使IC1的⑧、 11 脚不能输出激励脉冲，开关管停止工作，避免了开关管因过电流损坏。

软启动电路：TL494④脚外接的C16是软启动控制电容。开机瞬间因C16两端电压为0，所以TL494 14 脚输出的5V基准电压通过C16和R20构成充电回路，在R20两端建立一个由高到低的电压。该电压通过TL494的④脚输入，经比较器处理后使⑧脚和 11 脚输出的激励脉冲占空比由小逐渐增大到正常，避免了开关管在开机瞬间过激励损坏，实现软启动控制。

欠电压保护：若TL494供电端 12 脚输入的电压低于7V时，它内部的欠电压保护电路动作，使TL494停止工作，实现欠电压保护。