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SONY MPA-AC1电源适配器拆解,重温以UC3842为核心的开关电源电路原理

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发表于 2023-6-11 13:15:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖内容:
前言:3842的基本知识
一、拆机
二、原理分析
三、电源的保护部分
四、几个工作波形

前面的唠叨:复习3842的基本知识
UC3842是一个常用的开关电源控制芯片,这里简单回顾一下基本原理。
管脚排列:


管脚功能:

内部框图:

UC3842具有电压环和电流环双闭环控制性能,其内部方框图如上图所示,其引脚共有8个:
第①脚是补偿端,外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性;
第②脚是电压反馈输入端,将取样电压加至误差放大器的反相输入端,与同相端的2.5V基准电压进行比较,产生误差电压从而控制脉冲宽度。利用内部误差放大器可以构成电压环;
第③脚是电流反馈(检测)输入端,电流取样电压由第③脚输入到电流比较器的同相端,其反相端最高为1V。当检测电压超过1v时缩小脉冲宽度使处于间歇工作状态。利用第③脚和电流比较器可以构成电流环;
第④脚输出锯齿波,UC3842的振荡工作频率由④脚和⑧脚之间的所接定时电阻Rt以及④脚和地之间所接的定时电容Ct设定。频率约为=1.8/RtCt
第⑤脚为公共接地。
第⑥脚输出PWM,为推挽输出端,频率为0.9/RtCt。内部为图腾柱式,上升、下降时间仅为50ns拉灌能力为±1A
第⑦脚为电源VCC,芯片工作的开启电压为16V,欠压锁定电压为10V,上限为34V。具有欠、过压锁定功能,芯片功耗为15mw
第⑧脚输出一个+5.0V的基准参考电压,供内部使用。有50mA的负载能力。

基本控制原理是:
当基准稳压源有5v基准电压输出时,振荡器将根据④脚外接RtCt产生振荡信号,此信号一路直接加到图腾柱电路的输入端,另一路加到PWM脉宽控制RS触发器的置位(S)端,RSPWM脉宽调制器的复位(R)端接电流检测比较器输出端。R端就是占空调节控制端。脚一般接输出电压采样信号,也称反馈信号。脚电压(VFB)与内部参考电压(Vref)进行误差放大,输出误差电压(Vr),误差电压经过两个二极管降压(1.4V),又经电压进行1/3分压,得到V(-)送入电流检测比较器的反相输入端。当脚电压(VFB)下降时,脚电压(Vr)将上升,V(-)上升,R端电压亦随之下降,于是脚脉冲变宽(占空比增大);反之,脚脉冲变窄(占空比减小)。

时序图示意:

第一行是电容充放电的波形,也就是④脚的波形;第二行是S端输入(振荡器内部)波形;第三行有两个波形,一个是输出补偿(①脚)的波形,另一个是电流比较器输入(③脚)端的波形;第四行是电流检测比较器输出(R端输入)的波形,是由图中输出补偿曲线减去1.4V电压后,再除以3倍与电流取样输入进行比较,得到波形;第五行是R和S波形经过RS锁存器输出后取反,得到的输出脉宽调制(⑥脚)波形。
由于牵涉到数字电路的门电路,和RS锁存器,这里只简单记住一个规律和两条关键线。
规律是:只要振荡器内部输出为1,不管锁存器输出是什么,输出均关断。
红线:是振荡器的输出从1变为0的时刻。上管子导通,⑥脚为高,即开通MOS。
蓝线:是电流取样输入(③脚)信号>[(补偿①管脚的电压-1.4)/3],此时同过流情况。当过流时,电流比较器输出高电平,即R=1,下管导通,输出一个低电平,即关闭MOS管。

基本工作原理总结如下:

从3842外部可简单记忆:
②电压↓ => ①电压↑ => ⑥脉宽↑ => 输出电压↑;
②电压↑ => ①电压↓ => ⑥脉宽↓ => 输出电压↓
另外,③脚为电流传感端,通常在功率管的源极或发射极串入一小阻值取样电阻,将流过开关管的电流转为电压,并将此电压引入境脚。当负载短路或其它原因引起功率管电流增加,并使取样电阻上的电压超过1v时,⑥脚就停止脉冲输出,这样就可以有效的保护功率管不受损坏。电流保护响应时间比电压调整响应要快。


一、拆机

言归正传,拆这个中国制造的SONY电源。

全卡口的,不用任何大法,有屏蔽,

主板正面

高压端

低压端

主板反面

高压端

低压端

各元件丝印

高压侧主要元件

低压侧主要元件

同样使用了3842芯片作为PWM控制,这个电源似乎还有很多芯片,有什么不同?
带着疑问跑了一下电路。


二、原理分析

本电源是利用TL431稳压的性能代替UC3842中的EA误差放大器的功能(②脚接地,不使用EA放大器),实现电压闭环控制,这样可以提高系统的动态响应。同时采用了光耦隔离技术,使整个反馈系统更安全可靠。内环依然通过UC3842的电流检测③脚和内部电流检测比较器构成电流环。下面简单按功能分割一下:

(一)市电输入

由保险、NTC,安规电容,共模电感、整流桥、高压滤波电容组成,最终得到一个比较干净的直流310V的电压。

(二)稳压调整核心3842
R50和R51是启动电阻,没有接到310V上,而是接到交流输入端,这样的好处是启动电阻的功率可以小一点,而且是先建立启动电压。
当3842启动后,⑧脚输出参考电压5V,通过定时电阻R63、R64对定时电容C52充电,并送入④脚,3842内部振荡器开始工作,⑥脚输出间歇脉冲,通过场管TR1推动高频变压器T3,在T3的高压侧副边产生交变电压,最终由D3整流C2滤波,形成3842的辅助电压Vaux。TR1的G极有加速二极管D50和温度保险TF1,R7是保证TR1可靠截止的。
由于②脚接地,3842输出的脉冲宽度就只能是靠①脚来调整了:
当输出电压过高时,光偶PC1的③④脚电阻降低一点,使3842的①脚电压降低,⑥脚脉冲变窄(占空比减小),输出电压降低;
当输出电压过低时,光偶PC1的③④脚电阻增加一点,使3842的①脚电压升高,⑥脚脉冲变宽(占空比增大),输出电压上升。
TR50是一个射极跟随器,共作用是提供斜坡补偿
当高频变压器T3在工作占空比大于50%的连续电感电流下,可以出现次谐波振荡。这种不稳定性与稳压器的闭环特性无关,是由同时工作的固定频率和峰值电流检测引起的。通过在控制电压中增加一个与PWM时钟同步的人工斜坡,可使系统工作在占比大于50%或连续的电感(变压器)电流情况下,减小电感扰动电流,增加系统的性。

本电路中的补偿斜坡是从振荡器得到,由TR50加到③脚电流检测比较器。
手册中提供了两种补偿方式,分别是从②脚和③脚,最终补偿到电流检测器的反相输入端和同相输入端,如下图。

(三)输出电压的采样放大

低压侧由DS2及C13、C14完成整流滤波,通过共模电感L2输出。
IC2是常用的431,R19、R20是电压采样上电阻,R21是电压采样下电阻,图中参数通过计算为12.2V。
R67是保证431正常工作的(提供基本的工作电流,R18是光偶PC1的限流电阻。
当输出电压过高时,IC2的①电压上升,③电压下降,PC1的①②脚电压增大,其③④阻值减小,3842的①电压下降,其⑥脚输出的脉宽减小,输出电压下降。感知反之亦然。

三、各种保护

(一)常见的保护
除了前面提到过的保险、温度保护,常见的保护还有高频变压器的反峰吸收电路:D1、C4、R5、R6,其作用是在TR1关断时,吸收掉T3主绕组因感性而产生的反向尖脉冲,保护TR1不会被高压击穿。
R52、R53是反峰过压保护:使用了1.2M和1M两个电阻,与R54组成分压,根据3842的③脚保护阈值计算,电压达到3200V,3842启动保护,关断输出。

(二)本电路的保护
辅助电压Vaux过压保护:

6脚集成块TR51,根据外围电路及电压测量关系,猜测是辅助电压Vaux过压保护。
在电容C5两端加可调电源,测试情况如下:
可见,当电压超过23V时,其②③输出变低了,猜测其是两个三极管封装在一起的:

是不是很熟悉?像不像可控硅?
其实就是一个可控硅的功能,是只起控电压为24V。
正常工作时,D51不导通,TR51_2、TR51_1截止,D52反偏,3842的①脚受控于光偶PC1。
当Vaux电压超过D51的稳压值时,D51导通,TR51_2导通,TR51_1也导通,D52导通直接拉低3842的①脚,使3842停止输出。此时,Vaux的电压通过启动电阻(R50、R51)供电,维持TR51_2的导通,TR51_2也导通。
结果:当发生Vaux过压保护时,3842停止工作,没有输出电压。Vaux通过压由启动电阻供电并维持低电平(实测为1.8V)。

辅助电压Vaux欠压保护:

5脚集成块TR52,根据外围电路及电压测量关系,猜测是辅助电压Vaux过压保护。
测试数据如下

规律就是,当Vaux电压下降时,TR52的②脚电压略有下降,其①电压明显上升,结果使3842的③脚电压上升。当3842的③脚电压上升到保护域值时,输出判断。
TR52应该是两个三极管封装在一起的,参考图和等效图如下:

TR52_2的B极和C极连接起来,只用到一个PN结作为0.6V的稳压管使用(由于和TR52_2封装在一起,其一致性较好),TR52_1的C极接到3842的③脚,相当于用TR52_1的CE极线性电阻并在3842的③脚上,通过TR52_1线性导通来控制3842的③脚电压,而其导通量又是受Vaux电压的大小来控制的。


四、工作波形
波形测量点如下:
以下测量中所标出的数据是估算值,只是做个参考,感性认识一个波形而已。

(一)空载时的几个点波形
1.3842第④脚波形

2.3842第①脚波形(以下都以CH2通道的④脚作参考)

3.3842第③脚波形

4.3842第⑥脚的波形

5.TR52第①脚的波形

6.TR52第②脚的波形

(二)输出电压变化时,几个点的波形
1.3842第③的波形
打嗝时

输出电压最低时

输出电压上升时
峰峰值基本不变,
当输出电压上升时,波形下移,直流平均值降低;
当输出电压下降时,波形上移,直流平均值上升。

2.TR52第②脚的波形
输出电压较低时
输出电压较高时
输出电压变化时,TR52的②脚变化很小。

3.TR52第①脚的波形
输出电压上升时,TR52的脚电平降低;
输出电压下降时,TR52的①脚电平上升。

(三)负载变化时,3842输出脉冲情况
负载430mA时,3842的⑥脚输出是间歇的
负载520mA时,3842的⑥脚输出基本为连续的
负载650mA时,3842的⑥脚输出脉冲宽度有所增加
负载730mA时,3842的⑥脚输出
不同负载时,3842的⑥脚输出脉冲宽度变化情况

(四)其它
小负载时,辅助(Vaux)波形
其实是与3842第⑥脚输出一致的。

测量一下这个电源的带载能力

整机电路图


电路图的PDF版,小心避坑:


最后的唠叨:
今天是6月11日。昨天傍晚,散步路过几个高高考点,还有不少家长在门口等着,
也有零零散散的学生拿着大包小包从学校出来,应该是考完试的同学。
十年寒窗,不只是学子,家长也是心力憔悴,祝天下学子取得心中理想的录取通知书!

祝坛友们周末快乐!!



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本帖被以下淘专辑推荐:

发表于 2023-6-11 13:33:22 | 显示全部楼层
经典的电路3842,赞,谢谢分享详细分析

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jf201006 + 6 謝謝分享

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发表于 2023-6-11 13:45:51 | 显示全部楼层
非常详尽的分析,感谢分享

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发表于 2023-6-11 13:47:14 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
图文并茂,解说详细,学习了,谢谢分享。
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发表于 2023-6-11 13:56:30 | 显示全部楼层
赞,谢谢分享详细分析

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发表于 2023-6-11 14:10:22 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
好文,很详细的解说

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发表于 2023-6-11 14:15:42 | 显示全部楼层
做工还是不错的,谢谢分享,楼主辛苦了

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发表于 2023-6-11 14:21:47 | 显示全部楼层
生产厂家东莞新日本无线都搬去深圳了

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发表于 2023-6-11 14:25:18 | 显示全部楼层
这个帖子估计得不少时间,分析的太详细了~

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jf201006 + 12 断断续续三个星期吧。
8139 + 12 我很贊同

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发表于 2023-6-11 14:39:28 | 显示全部楼层
铜屏蔽,日化红宝石电容,看看就舒服

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发表于 2023-6-11 14:56:00 | 显示全部楼层
楼主又出教程了,精华帖

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发表于 2023-6-11 15:01:22 | 显示全部楼层
jf的帖子一贯的详实,坐小板凳学习了

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jf201006 + 9 献绐想学开关电源的坛友们。哈哈哈.
qrut + 10 歡迎探討

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发表于 2023-6-11 15:06:16 | 显示全部楼层
能挂sony牌子,中国只是干活

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发表于 2023-6-11 15:09:58 | 显示全部楼层
做工很好的电源,写这帖辛苦了。

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发表于 2023-6-11 15:16:59 | 显示全部楼层
详细的教学啊,可是咱基础没有

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发表于 2023-6-11 15:41:36 | 显示全部楼层
看不太懂,收藏下来慢慢看。

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发表于 2023-6-11 16:00:12 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
做工用料都挺不错

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发表于 2023-6-11 16:05:32 | 显示全部楼层
好厉害啊。。。

没想到3842在当年也是大厂的选择,现在电源都是专业的厂在做了。。。

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发表于 2023-6-11 16:11:48 | 显示全部楼层
分析讲解的很透彻,感谢LZ分享,做工还是很不错的

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