Импульсные источники питания на основе микросхемы UC3842. Как проверить микросхему UC3842 Проверка выходного сопротивления микросхемы

Микросхемы ШИМ-контроллера ka3842 или UC3842 (uc2842) является самой распространенной при построении блоков питания для бытовой и компьютерной техники, часто используется для управления ключевым транзистором в импульсных блоках питания.

Принцип работы микросхем ka3842, UC3842, UC2842

Микросхема 3842 или 2842 представляет собой ШИМ - Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) преобразователь, в основном применяется для работы в режиме DC-DC(преобразовывает постоянное напряжение одной величины в постоянное напряжение другой) преобразователя.

Рассмотрим структурную схему микросхем 3842 и 2842 серий:
На 7 вывод микросхемы подается напряжение питания в диапазоне от 16 Вольт до 34. Микросхема имеет встроенный триггер Шмидта (UVLO), который включает микросхему, если напряжение питания превышает 16 Вольт, и выключает если напряжение питания по каким-либо причинам станет ниже 10 Вольт. Микросхемы 3842 и 2842 серий также обладает защитой от перенапряжения: если напряжение питания превысит 34 Вольта, микросхема отключится. Для стабилизации частоты генерации импульсов микросхема имеет внутри свой собственный 5 вольтовый стабилизатор напряжения выход которого подключен к выводу 8 микросхемы. Вывод 5 масса (земля). На 4 выводе задается частота импульсов. Достигается это резистором R T и конденсатором C T подключенных к 4 выв. - смотрите типовую схему включения ниже.

6 вывод – выход ШИМ импульсов. 1 вывод микросхемы 3842 служит для обратной связи, если на 1 выв. напряжение занизить ниже 1 Вольта, то на выходе (6 выв.) микросхемы будет уменьшаться длительность импульсов, тем самым уменьшая мощность шим преобразователя. 2 вывод микросхемы, как и первый, служит для уменьшения длительности импульсов на выходе, если напряжение на выводе 2 выше +2,5 Вольт, то длительность импульсов уменьшится, что в свою очередь снизит выдаваемую мощность.

Микросхему с наименованием UC3842 кроме UNITRODE выпускают фирмы ST и TEXAS INSTRUMENTS, аналогами этой микросхемы являются: DBL3842 фирмы DAEWOO, SG3842 фирмы MICROSEMI/LINFINITY, KIA3842 фирмы КЕС, GL3842 фирмы LG, а также микросхемы других фирм с различными литерами (AS, МС, IP и др.) и цифровым индексом 3842.

Схема импульсного блок питания на базе ШИМ-контроллера UC3842

Принципиальная схема 60 Ваттного импулсного блока питания на базе ШИМ-контролера UC3842 и силовом ключе на полевом транзисторе 3N80.

Микросхема ШИМ-контроллера UC3842 - полный datasheet с возможностью скачать бесплатно в pdf формате или смотреть в онлайн справочнике по электронным компонентам на сайт

В статье будет приведено описание, принцип работы и схема включения UC3842. Это микросхема, которая является широтно-импульсным контроллером. Сфера применения - в преобразователях постоянного напряжения. При помощи одной микросхемы можно создать качественный преобразователь напряжения, который можно использовать в блоках питания для различной аппаратуры.

Назначение выводов микросхемы (краткий обзор)

Для начала нужно рассмотреть назначение всех выводов микросхемы. Описание UC3842 выглядит таким образом:

1. На первый вывод микросхемы подается напряжение, необходимое для осуществления обратной связи. Например, если понизить на нем напряжение до 1 В или ниже, на выводе 6 начнет существенно уменьшаться время импульса.
2. Второй вывод тоже необходим для создания обратной связи. Однако, в отличие от первого, на него нужно подавать напряжение более 2,5 В, чтобы сократилась длительность импульса. Мощность при этом также снижается.
3. Если на третий вывод подать напряжение более 1 В, то импульсы прекратят появляться на выходе микросхемы.
4. К четвертому выводу подключается переменный резистор - с его помощью можно задать частоту импульсов. Между этим выводом и массой включается электролитический конденсатор.
5. Пятый вывод - общий.
6. С шестого вывода снимаются ШИМ-импульсы.
7. Седьмой вывод предназначен для подключения питания в диапазоне 16..34 В. Встроена защита от перенапряжения. Обратите внимание на то, что при напряжении ниже 16 В микросхема работать не будет.
8. Чтобы осуществить стабилизацию частоты импульсов, используется специальное устройство, которое подает на восьмой вывод +5 В.

Прежде чем рассматривать практические конструкции, нужно внимательно изучить описание, принцип работы и схемы включения UC3842.

Как работает микросхема

А теперь нужно рассмотреть кратко работу элемента. При появлении на восьмой ножке постоянного напряжения +5 В происходит запуск генератора OSC. На входы триггера RS и S поступает положительный импульс небольшой длины. Далее, после подачи импульса, происходит переключение триггера и на выходе появляется ноль. Как только импульс OSC начнет спадать, на прямых входах элемента напряжение окажется равным нулю. А вот на инвертирующем выходе появится логическая единица.

Эта логическая единица позволяет открыть транзистор, поэтому электрический ток начнет протекать от источника питания через цепочку коллектор-эмиттер к шестому выводу микросхемы. Отсюда видно, что на выходе будет находиться открытый импульс. И он прекратится только тогда, когда на третий вывод будет подано напряжение 1 В или выше.

Зачем нужно проверять микросхему

Многие радиолюбители, которые занимаются проектированием и монтажом электрических схем, закупают детали оптом. И не секрет, что самые популярные места покупок - это китайские интернет-магазины. Стоимость изделий там в разы меньше, нежели на радиорынках. Но бракованных изделий там тоже немало. Поэтому нужно знать, как проверить UC3842 перед началом построения схемы. Это позволит избежать частых распаек платы.

Где используется микросхема?

Часто микросхема используется для сборки блоков питания современных мониторов. Они применяются в в строчной развертке телевизоров и мониторов. С ее помощью производят управление транзисторами, работающими в режиме ключа. Но выходят из строя элементы довольно часто. И самая распространенная причина - пробой полевика, которым управляет микросхема. Поэтому при самостоятельном проектировании блока питания или ремонте необходимо осуществлять диагностику элемента.

Что потребуется для диагностики неисправностей

Нужно отметить, что применение UC3842 нашла исключительно в преобразовательной технике. И для нормальной работы блока питания необходимо убедиться в том, что элемент исправен. Вам потребуются такие приборы для проведения диагностики:

1. Омметр и вольтметр (подойдет самый простой цифровой мультиметр).
2. Осциллограф.
3. Источник стабилизированного по току и напряжению питания. Рекомендуется использовать регулируемые с максимальным выходным напряжением 20..30 В.

Если у вас нет какой-либо измерительной техники, то проще всего при диагностике проверить сопротивление на выходе и смоделировать работу микросхемы при работе от внешнего источника питания.

Проверка выходного сопротивления

Один из основных способов диагностики - замер величины сопротивления на выходе. Можно сказать, что это самый точный способ определения поломок. Обратите внимание на то, что в случае пробоя силового транзистора к выходному каскаду элемента будет приложен высоковольтный импульс. По этой причине происходит выход из строя микросхемы. На выходе сопротивление окажется бесконечно большим в случае, если элемент исправен.

Замер сопротивления производится между выводами 5 (масса) и 6 (выход). Измерительный прибор (омметр) подключается без особых требований - полярность значения не имеет. Рекомендуется перед началом проведения диагностики выпаять микросхему. При пробое сопротивление будет равно нескольким Ом. В том случае, если осуществлять измерение сопротивления без выпаивания микросхемы, то цепочка затвор-исток может звониться. И не стоит забывать о том, что в схеме блоков питания на UC3842 присутствует постоянный резистор, который включается между массой и выходом. При его наличии у элемента будет иметься выходное сопротивление. Следовательно, если на выходе сопротивление очень низкое или равно 0, то микросхема неисправна.

Как смоделировать работу микросхемы

При моделировании работы нет необходимости в выпаивании микросхемы. Но обязательно нужно выключать устройство перед началом проведения работ. Проверка схемы на UC3842 заключается в том, чтобы на нее подать напряжение от внешнего источника и оценить работу. Процедура проведения работы выглядит так:

1. Отключается блок питания от сети переменного тока.
2. От внешнего источника подается на седьмой контакт микросхемы напряжение больше 16 В. В этот момент должен произойти запуск микросхемы. Обратите внимание на то, что микросхема не начнет работать до тех пор, пока напряжение не окажется выше 16 В.
3. Используя осциллограф или вольтметр, нужно произвести замер напряжения на восьмом выводе. На нем должно быть +5 В.
4. Убедитесь в том, что напряжение на восьмом выводе стабильно. Если снизить напряжение источника питания ниже 16 В, то на восьмом выводе пропадет ток.
5. Используя осциллограф, проведите замер напряжения на четвертом выводе. В том случае, если элемент исправен, на графике будут импульсы пилообразной формы.
6. Измените напряжение источника питания - при этом частота и амплитуда сигнала на четвертом выводе останутся неизменными.
7. Проверьте осциллографом, есть ли на шестой ножке прямоугольные импульсы.

Только в том случае, если все вышеописанные сигналы имеются и ведут себя так, как и нужно, можно говорить об исправности микросхемы. Но рекомендуется проверять исправность и выходных цепей - диод, резисторы, стабилитрон. При помощи этих элементов происходит формирование сигналов для осуществления токовой защиты. Они выходят из строя при пробое.

Импульсные БП на микросхеме

Для наглядности нужно рассмотреть описание работы источника питания на UC3842. Впервые она начала применяться в бытовой технике во второй половине 90-х годов. У нее явное преимущество перед всеми конкурентами - малая стоимость. Причем надежность и эффективность не уступают. Для построения полноценной практически не требуются дополнительные компоненты. Все делается «внутренними» элементами микросхемы.

Элемент может быть выполнен в одном из двух типов корпуса - SOIC-14 или SOIC-8. Но нередко можно встретить модификации, выполненные в корпусах DIP-8. Нужно заметить, что последние цифры (8 и 14) означают количество выводов микросхемы. Правда, различий не очень много - в случае если элемент с 14-ю выводами, просто добавляются выводы для подключения массы, питания и выходного каскада. На микросхеме строятся стабилизированные источники питания импульсного типа с ШИМ-модуляцией. Обязательно для усиления сигнала используется МОП-транзистор.

Включение микросхемы

А теперь необходимо рассмотреть описание, принцип работы и схемы включения UC3842. На блоках питания обычно не указываются параметры микросхемы, поэтому нужно обращаться к специальной литературе - даташитам. Очень часто можно встретить схемы, которые рассчитаны на питание от сети переменного тока 110-120 В. Но благодаря всего нескольким доработкам можно увеличить напряжение питания до 220 В.

Для этого выполняются такие изменения в схеме блока питания на UC3842:

1. Заменяется диодная сборка, которая находится на входе источника питания. Необходимо, чтобы новый диодный мост работал при обратном напряжении 400 В и больше.
2. Заменяется электролитический конденсатор, который находится в цепи питания и служит фильтром. Устанавливается после диодного моста. Необходимо поставить аналогичный, но с рабочим напряжением 400 В и выше.
3. Увеличивается номинальное в цепи питания до 80 кОм.
4. Проверить, может ли силовой транзистор работать при напряжении между стоком и истоком 600 В. Можно использовать транзисторы BUZ90.

В статье приведена на UC3842. имеет ряд особенностей, которые обязательно нужно учитывать при проектировании и ремонте блоков питания.

Особенности работы микросхемы

Если имеется короткое замыкание в цепи вторичной обмотки, то при пробое диодов или конденсаторов начинает возрастать потеря электроэнергии в импульсном трансформаторе. Может получиться и так, что для нормального функционирования микросхемы не хватает напряжения. При работе слышно характерное «цыканье», которое исходит от импульсного трансформатора.

Рассматривая описание, принцип работы и схему включения UC3842, сложно обойти стороной особенности ремонта. Вполне возможно, что причиной поведения трансформатора является не пробой в его обмотке, а неисправность конденсатора. Происходит это в результате выхода из строя одного или нескольких диодов, которые включаются в цепь питания. Но если произошел пробой полевого транзистора, необходимо полностью менять микросхему.

Схема представляет собой классический обратноходовый БП на базе ШИМ UC3842. Поскольку схема базовая, выходные параметры БП могут быть легко пересчитаны на необходимые. В качестве примера для рассмотрения выбран БП для ноутбука с питанием 20В 3А. При необходимости можно получить несколько напряжений, независимых или связанных.

Выходная мощность на открытом воздухе 60Вт (длительно). Зависит главным образом от параметров силового трансформатора. При их изменении можно получить выходную мощность до 100Вт в данном типоразмере сердечника. Рабочая частота блока выбрана 29кГц и может быть перестроена конденсатором С1. Блок питания рассчитан на неизменяющуюся или мало меняющуюся нагрузку, отсюда отсутствие стабилизации выходного напряжения, хотя оно стабильно при колебаниях сети 190...240вольт. БП работает без нагрузки, есть настраиваемая защита от к/з. КПД блока - 87%. Внешнего управления нет, но можно ввести с помощью оптопары или реле.

Силовой трансформатор (каркас с сердечником), выходной дроссель и дроссель по сети заимствованы с компьютерного БП. Первичная обмотка силового трансформатора содержит 60витков, обмотка на питание микросхемы - 10витков. Обе обмотки наматываются виток к витку проводом 0,5мм с одинарной межслойной изоляцией из фторопластовой ленты. Первичная и вторичная обмотки разделяются несколькими слоями изоляции. Вторичная обмотка пересчитывается из расчета 1,5вольта на виток. К примеру, 15вольтовая обмотка будет 10витков, 30вольтовая - 20 и т.д. Поскольку напряжение одного витка достаточно велико, при малых выходных напряжениях потребуется точная подстройка резистором R3 в пределах 15...30кОм.

Настройка
При необходимости получить несколько напряжений можно воспользоваться схемами (1), (2) или (3). Числа витков считаются отдельно для каждой обмотки в (1), (3), а (2) - иначе. Поскольку вторая обмотка является продолжением первой, то число витков второй обмотки определяется как W2=(U2-U1)/1.5, где 1.5 - напряжение одного витка. Резистор R7 определяет порог ограничения выходного тока БП, а также максимальный ток стока силового транзистора. Рекомендуется выбирать максимальный ток стока не более 1/3 паспортного на данный транзистор. Ток можно высчитать по формуле I(Ампер)=1/R7(Ом).

Сборка
Силовой транзистор и выпрямительный диод во вторичной цепи устанавливаются на радиаторы. Их площадь не приводится, т.к. для каждого варианта исполнения (в корпусе, без корпуса, высокое выходное напряжение, низкое, и.т.д.) площадь будет отличаться. Необходимую площадь радиатора можно установить экспериментально, по температуре радиатора во время работы. Фланцы деталей не должны нагреваться выше 70градусов. Силовой транзистор устанавливается через изолирующую прокладку, диод - без неё.

ВНИМАНИЕ!
Соблюдайте указанные значения напряжений конденсаторов и мощностей резисторов, а также фазировку обмоток трансформатора. При неверной фазировке блок питания заведется, но мощности не отдаст.
Не касайтесь стока (фланца) силового транзистора при работающем БП! На стоке присутствует выброс напряжения до 500вольт.

Замена элементов
Вместо 3N80 можно применить BUZ90, IRFBC40 и другие. Диод D3 - КД636, КД213, BYV28 на напряжение не менее 3Uвых и на соответствующий ток.

Запуск
Блок заводится через 2-3 секунды после подачи сетевого напряжения. Для защиты от выгорания элементов при неверном монтаже первый запуск БП производится через мощный резистор 100 Ом 50Вт, включенный перед сетевым выпрямителем. Также желательно перед первым запуском заменить сглаживающий конденсатор после моста на меньшую емкость (около 10...22мкФ 400В). Блок включают на несколько секунд, потом выключают и оценивают нагрев силовых элементов. Далее время работы постепенно увеличивают, и в случае удачных запусков блок включается напрямую без резистора со штатным конденсатором.

Ну и последнее.
Описываемый БП собран в корпусе МастерКит BOX G-010. В нем держит нагрузку 40Вт, на большей мощности необходимо позаботиться о дополнительном охлаждении. В случае выхода БП из строя вылетает Q1, R7, 3842, R6, могут погореть C3 и R5.

Список радиоэлементов

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.

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.

Далее ссылки на различные микросхемы аналоги UC3842, которые возможно купить в Dalincom UC3842AN dip-8 , KA3842A dip-8 , KA3842 sop-8 , UC3842 sop-8 , TL3842P , и другие в разделе микросхемы блоков питания .

Алексей Калинин
"Ремонт электронной техники"