概述
该电源适配器的原理图是UC2842的一个典型应用场景。UC2842属于UCx84x系列集成电路,该系列是TI(TEXAS INSTRUMENTS)的著名设计,可以在离线或DC-DC转换器应用中使用,常被应用于开关电源中。其具有30V,1A,500KHz的电流模式PWM控制器,PWM控制器支持16/10V UVLO 和 100%的占空比,能够在-40-85摄氏度下稳定工作。简单来说,UC2842是一个可以被用来设计交流(AC)-直流(DC)/直流(DC)-直流(DC)转换器的芯片。
UC2842引脚说明
根据官网资料,UC2842拥有多种封装,最低只需8管脚即可工作。

8个管脚有着不同的功能,分别是:

| PIN | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 1 | COMP(补偿) | 误差放大器补偿引脚。将外部补偿部件连接到此引脚,以修改误差放大器输出。误差放大器内部限流,因此用户可以通过外部强制COMP接地来命令零占空比。 |
| 2 | VFB(Voltage Feedback) | 输入信号施加在误差放大器的反相端,该输入通过连接到开关电源的电阻分压器提供 |
| 3 | ISENSE(电流检测) | 将该引脚连接至电流检测电阻,电流检测用于检查电路中的电流。电流检测电阻器两端的输出电压提供给该输入PWM使用该输入信号终止输出开关的导通。 |
| 4 | RT/CT(定时电阻/定时电容) | 该引脚设置内部振荡器的开关频率。只需将定时电阻器Rt连接到引脚4,并将定时电容器Ct 连接到GND。 |
| 5 | GND | 接地 |
| 6 | OUTPUT | 它生成PWM信号,用于直接驱动功率MOSFET的栅极。图腾柱配置提供高电流吸收和拉电流能力。 |
| 7 | VCC | 连接到电源的正极引脚。 |
| 8 | VREF | 通过电阻RT为电容CT提供充电电流,它具有短路保护功能,可提供20mA(过量)电流,为附加控制系统电路供电。 |
电路图分析

电源适配器输入一般为220V交流电,输出为12V直流。在这里使用了一个整流桥完成了交流转直流,整流后电压变为原来的0.9倍。

在启动时,IC通过高压电阻器RSTART直接从高压主体获得功率,在启动的刚开始提供启动信号,后面持续供电由Rvcc、Cvcc、Dbias组成。

由于AC输入是宽幅的,分压得到的直流电电压也可能变化,为了使得分压的电压符合芯片要求,使用稳压二极管确保万无一失。
最后在芯片的7号脚获得了一个符合其工作要求的电压。在7号脚获得正确的电压后,8脚的Vref将产生一个5V的参考电压。
由图可见该电压会经过Rrt通往4号管脚RT/CT震荡脚,同时通往Crt,Crt的另一端接地。

频率由以下公式计算

根据电路图,f=1.72/(15.4k*1000p)=111.69Hz
同时6号OUTPUT引脚可以直接驱动MOSFET。UCx842和UCx843设备的OUTPUT以与振荡器相同的频率切换,并且可以在接近100%的占空比的情况下工作。输出的震荡波会开关场效应管。

8脚的Vref产生的5V参考电压,除了通往Rrt外,其还通往了Rss电阻和Css电容。其作用为软启动。SS就是Soft Start的英文缩写。

在经过Rss电阻后其会为Css电容充电,然后通过相连的PNP三极管实现1脚COMP脚电压的缓步上升。1脚是输出电压的正反馈调节脚,会影响OUTPUT脚的输出时间,当电压反馈越高的时候,OUTPUT脚输出时间越长。最终得到的电压越高。
通过软启动能确保电压输出端的电压是缓慢上升的,不会因为电涌损坏用电器。
Rramp和Cramp也有类似的功能。

其确保在芯片刚通电时3脚ISENSE的电压高于1V,ISENSE作为电流反馈脚,高于1V时会关断OUTPUT。
刚刚提到过6号管脚OUTPUT会输出震荡波。该震荡波会开关场效应管,进而导通线圈使变压器开始运作。

在Np和Na的共同作用下将产生一个很高的电压,为了防止该电压击穿场效应管Qsw,我们利用Dclamp和Csnub,Rsnub组成一个尖峰抑制电路。
同时我们可以注意到在场效应管下方有一个很小的Rcs电阻,其作用为检流,不影响功能电路,一般采用合金电阻,其温漂变比较小。

根据流过Rcs的电流大小,将在其两端产生一个检流电压,经过Rcsf后输入到3脚的ISENSE中,当电流过大时,3脚的电压超过1V,将关断6管脚的输出,起到保护作用。

输出端电路中一个二极管防止反压,一个电容负责滤波,最后输出给用电器。
我们也可以注意到输出端还引出了一根线到下方。并通过两个电阻进行了分压

根据计算可得当输出为12V时,红圈处电压大约为2.48V ,而当电压超过2.5V时,TL431就会导通。(TL431 和 TL432 器件是三端可调并联稳压器)由于TL431本身会消耗一定电流,所以上方的Rtlbias为TL431提供了越过死区能力的作用。
TL431还接入了一个旁路,作用是提高电路的动态响应度。

TL431导通后,光耦隔离器件OPTO-COUPLER中的发光二极管成功导通,并影响光感三极管,使得来自8脚的5V VREF信号在通过电阻分压后反馈到2脚的VFB上,VFB是6脚的负反馈调节脚,其上电压越低,将影响6脚OUTPUT的时间越长。(图中Not Populated电阻Rp做测试用途,实际应用中不接入)

总结,用一张图表示:

内部电流控制环路,其中包含一个小电流检测电阻器,用于检测初级电感器电流斜坡。该电流检测电阻将电感电流波形转换为电压信号,直接输入初级侧PWM比较器。该内环路确定对输入电压变化的响应。 外部电压控制环路,涉及将输出电压的一部分与误差放大器输入端的基准电压进行比较。在离线隔离应用中使用时,隔离输出的电压反馈由次级侧误差放大器和可调基准电压源(如TL431)实现。误差信号使用光隔离器跨越初级到次级隔离边界,该光隔离器的集电极连接到VREF引脚,发射极连接到VFB。外部电压控制环路决定对负载变化的响应。
参考资料
[1] https://www.ti.com/document-viewer/UC2842/datasheet/GUID-CAC6D224-3E4C-4937-82BF-079227BE880D#TITLE-SLUS223SLUS2239984
[2] 来自热心人士的悉心指导,感谢这位厉害的学长,否则我无法在短短两天时间内完成这份报告,并对电路分析从一头雾水到能看懂部分并有一定理解。