UC3842开关电源.docx

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UC3842开关电源

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杂谈

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应用技术

　电流信号送到3842的第3脚来实现保护。

当电源过载时，3842保护动作，使占空比减小，输出电压降低，3842的供电电压Vaux也跟着降低

用UC3842做的开关电源的典型电路见图1。

过载和短路保护，一般是通过在开关管的源极串一个电阻（R4），把电流信号送到3842的第3脚来实现保护。

当电源过载时，3842保护动作，使占空比减小，输出电压降低，3842的供电电压Vaux也跟着降低，当低到3842不能工作时，整个电路关闭，然后靠R1、R2开始下一次启动过程。

这被称为“打嗝”式（hiccup）保护。

在这种保护状态下，电源只工作几个开关周期，然后进入很长时间（几百ms到几s）的启动过程，平均功率很低，即使长时间输出短路也不会导致电源的损坏。

由于漏感等原因，有的开关电源在每个开关周期有很大的开关尖峰，即使在占空比很小时，辅助电压Vaux也不能降到足够低，所以一般在辅助电源的整流二极管上串一个电阻（R3），它和C1形成RC滤波，滤掉开通瞬间的尖峰。

仔细调整这个电阻的数值，一般都可以达到满意的保护。

使用这个电路，必须注意选取比较低的辅助电压Vaux，对3842一般为13～15V，使电路容易保护。

f=1.8/（RT×CT）在本系统中RT和CT分别选用了10kΩ和0.045μF，根据公式：

可以计算得其工作频率约为40kHz，符合开关电源的要求。

图1是使用最广泛的电路，然而它的保护电路仍有几个问题：

1.在批量生产时，由于元器件的差异，总会有一些电源不能很好保护，这时需要个别调整R3的数值，给生产造成麻烦；

2.在输出电压较低时，如3.3V、5V，由于输出电流大，过载时输出电压下降不大，也很难调整R3到一个理想的数值；

3.在正激应用时，辅助电压Vaux虽然也跟随输出变化，但跟输入电压HV的关系更大，也很难调整R3到一个理想的数值。

这时如果采用辅助电路来实现保护关断，会达到更好的效果。

辅助关断电路的实现原理：

在过载或短路时，输出电压降低，电压反馈的光耦不再导通，辅助关断电路当检测到光耦不再导通时，延迟一段时间就动作，关闭电源。

图2、3、4是常见的电路。

图2采取拉低第1脚的方法关闭电源。

图3采用断开振荡回路的方法。

图4采取抬高第2脚，进而使第1脚降低的方法。

在这3个电路里R3电阻即使不要，仍能很好保护。

注意电路中C4的作用，电源正常启动，光耦是不通的，因此靠C4来使保护电路延迟一段时间动作。

在过载或短路保护时，它也起延时保护的左右。

在灯泡、马达等启动电流大的场合，C4的取值也要大一

UC3842/3844组成的开关电源经验

UC3842芯片作为小功率开关电源的PWM脉宽调制芯片，在进行开关电源维修过程中，经常会遇到由于故障引起的uc3842/uc3844不能正常工作，现将电源不能起振或轻微起振（测量输出端电压低），但没有正常工作（表现为8Pin无5V）可能的原因作如下总结：

1、首先检查7Pin所连接的电解电容（或者反馈线圈所连接的电解电容），查看其容量是否符合要求，如该电容容量明显减小，更换后应该不起振的故障就能恢复；如该电容正常，进行下一步检查。

2、在电路板上单独给uc3842/uc3844的7Pin加16V电压，测量其8Pin是否有5V，如果测量8Pin有5V电压存在，则说明此芯片没有问题；如没有5V电压，须将uc3842/uc3844拆下来单独加电16V至7Pin，测量8Pin是否有5V，如果仍然没有5V，则可证明芯片已经损坏；如果测量8Pin有5V存在，则应该是与8Pin相连接的外围元器件与地之间有短路存在。

此步骤主要是检测uc3842/uc3844芯片本身是否损坏，如果芯片没有损坏，基本可以排除故障出在初级部分，可以进行下一步检查。

（附：

检测uc3842/uc3844芯片损坏与否的另一种方法为：

在检测完芯片外围元器件（或更换完外围损坏的元器件）后，先不装电源开关管，加输入电测uc3842/uc3844的7Pin电压，若电压在10—17V间波动，其余各脚分别也有电压波动，则说明电路已起振，uc3842基本正常，若7脚电压低，其余管脚无电压或电压不波动，则uc3842/uc3844已损坏。

）

3、检查次级侧，推测应该是次级由于输出过载或短路，导致电流增大，进而反映到初级侧使uc3842/uc3844芯片的3Pin实现保护，这就需要对次级侧实现过流保护功能的电子元器件进行逐一测量，直至查出故障。

现将uc3842/uc3844芯片正常工作时主要引脚电压列于下面：

1Pin：

1.545V

2Pin：

2.488V

3Pin：

0.005V

6Pin：

1.05V

7Pin：

14.094V

8Pin：

4.988

电流控制型脉宽调制器UC3842工作原理及应用

UC3842是美国Unitrode公司（该公司现已被TI公司收购）生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，可直接驱动双极型晶体管、MOSFEF和IGBT等功率型半导体器件，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良等诸多优点，广泛应用于计算机、显示器等系统电路中作开关电源驱动器件。

1UC3842内部工作原理简介

图1示出了UC3842内部框图和引脚图，UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：

①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；

②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；

③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；

④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/（RT×CT）；

⑤脚为公共地端；

⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A；

⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；

⑧脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。

图1UC3842内部原理框图

2UC3842组成的开关电源电路

图2是由UC3842构成的开关电源电路，220V市电由C1、L1滤除电磁干扰，负温度系数的热敏电阻Rt1限流，再经VC整流、C2滤波，电阻R1、电位器RP1降压后加到UC3842的供电端（⑦脚），为UC3842提供启动电压，电路启动后变压器的付绕组③④的整流滤波电压一方面为UC3842提供正常工作电压，另一方面经R3、R4分压加到误差放大器的反相输入端②脚，为UC3842提供负反馈电压，其规律是此脚电压越高驱动脉冲的占空比越小，以此稳定输出电压。

④脚和⑧脚外接的R6、C8决定了振荡频率，其振荡频率的最大值可达500KHz。

R5、C6用于改善增益和频率特性。

⑥脚输出的方波信号经R7、R8分压后驱动MOSFEF功率管，变压器原边绕组①②的能量传递到付边各绕组，经整流滤波后输出各数值不同的直流电压供负载使用。

电阻R10用于电流检测，经R9、C9滤滤后送入UC3842的③脚形成电流反馈环.所以由UC3842构成的电源是双闭环控制系统，电压稳定度非常高，当UC3842的③脚电压高于1V时振荡器停振，保护功率管不至于过流而损坏。

图2UC3842构成的开关电源

3电路的调试

此电路的调试需要注意：

一是调节电位器RP1使电路起振，起振电流在1mA左右；二是起振后变压器③④绕组提供的直流电压应能使电路正常工作，此电压的范围大约为11～17V之间；三是根据输出电压的数值大小来改变R4，以确定其反馈量的大小；四是根据保护要求来确定检测电阻R10的大小，通常R10是2W、1Ω以下的电阻。

电流控制型脉宽调制器UC3842在开关电源中的应用

开关稳压电源被誉为“新型高效节能电源”，它代表着稳压电源的发展方向。

由于内部器件工作在高频开关状态，因此本身消耗的能量极低，电源效率可以达到80%以上，比串连调整线性稳压电源的效率提高近一倍。

随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源正朝着小型化、高频化、集成化的方向发展，高效率的开关稳压电源已得到越来越广泛的应用。

本文首先概述开关稳压电源的基本工作原理，接着介绍电流型脉宽调制器UC3842芯片，着重论述了UC3842在开关稳压电源中的应用，并以一个实际应用实例分析了电源电路的构成和参数计算。

开关电源的基本工作原理

相对于线性稳压电源功耗较大的缺点，开关电源的效率可达90%以上，而且造价低、体积小。

开关电源的工作原理如图1所示，它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等构成。

在图1中，三角波发生器的输出波形加到比较器的反相端，其同相端接比较放大器的输出Vf。

当三角波的幅度小于比较器的同相输入时，比较器输出高电平，对应调整管导通的时间为ton。

反之，当三角波的幅度大于比较器的同相输入时，对应调整管的截至时间为toff。

为了稳定电压输出，按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器之间的联系。

假设输出电压增加，则FVo增加，比较放大器的输出Vf减小，那么比较器的输出波形中toff增加，从而使调整管的导通时间减小，输出电压下降，起到稳压的作用。

如果忽略电感的直流电阻，那么输出电压Vo为调整管发射极电压Ve的平均分量，于是有：

其中，q为占空比。

在输入电压一定的时候，输出电压与占空比正比，通过改变比较器输出波形的占空比就可以控制输出电压的幅值。

图1开关电源的工作原理

UC3842的工作原理

UC3842是美国Unitorde公司生产的一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。

该调制器单端输出，能直接驱动双极型的功率管或场效应管。

其主要优点是管脚数量少，外围电路简单，电压调整率可达0.01%，工作频率高达500kHz，启动电流小于1mA，正常工作电流为5mA，并可利用高频变压器实现与电网的隔离。

该芯片集成了振荡器、具有温度补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电路、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路。

其内部结构及基本外围电路如图2所示。

图2UC3842的内部结构及基本外围电路

UC3842是8脚的双列直插的封装形式。

如图2所示：

第1脚为补偿脚，内部误差放大器的输出端，外接阻容元件以确定误差放大器的增益和频响。

第2脚是反馈脚，将采样电压加到误差放大器的反相输入端，再与同相输入端的基准电压进行比较，产生误差电压，控制脉冲的宽度。

第3脚为电流传感端，在功率管的源极串接一个小阻值的采样电阻，构成过流保护电路。

当电源电压异常时，功率管的电流增大，当采样电阻上的电压超过1V时，UC3842就停止输出，有效地保护了功率管。

第4脚为锯齿振荡器外部定时电阻R与定时电容C的公共端。

第5脚为地。

第6脚为图腾柱式输出电压，当上面的三极管截止的时候下面的三极管导通，为功率管关断时提供了低阻抗的反向抽取电流回路，加速了功率管的关断。

第7脚为输入电压，开关电源启动的时候需要在该引脚加一个不低于16V的电压，芯片工作后，输入电压可以在10～30V之间波动，低于10V时停止工作。

第8脚为内部5.0V的基准电压输出，电流可达50mA。

电路上电时，外接的启动电路通过引脚7提供芯片需要的启动电压。

在启动电源的作用下，芯片开始工作，脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号经6脚输出驱动外接的开关功率管工作。

功率管工作产生的信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到3脚，维护系统的正常工作。

电路正常工作后，取样电路反馈的低压直流信号经2脚送到内部的误差比较放大器，与内部的基准电压进行比较，产生的误差信号送到脉宽调制电路，完成脉冲宽度的调制，从而达到稳定输出电压的目的。

如果输出电压由于某种原因变高，则2脚的取样电压也变高，脉宽调制电路会使输出脉冲的宽度变窄，则开关功率管的导通时间变短，输出电压变低，从而使输出电压稳定，反之亦然。

锯齿波振荡电路产生周期性的锯齿波，其周期取决于4脚外接的RC网络。

所产生的锯齿波送到脉冲宽度调制器，作为其工作周期，脉宽调制器输出的脉冲周期不变，而脉冲宽度则随反馈电压的大小而变化。

实际应用电路

图3开关稳压电源系统总体框图

根据UC3842的特点，设计一个30～36V可调的开关型稳压电源，其总体结构框图如图3所示。

交流输入后通过整流滤波得到直流电压，经过LM317后获得16.5V的直流电压，作为UC3842芯片的启动电压。

芯片启动后通过脉宽调制控制功率管的开关从而实现稳压输出。

控制电路的核心是UC3842，其后级的高速开关功率管要求满足一定的耐压值和足够大的额定电流。

这里可以选用IRF540，其耐压值高达100V，额定电流可以达到33A。

高频变压器的升压系数为1.2，采用双桥间距为0.3mm的铁氧铁芯，由直径0.65mm的铜丝绕制而成。

高频变压器出来的脉动直流电压，先通过二极管整理，再通过3个50V/3300μF的电解电容，和由一个33μH电感和2个104的电容构成∏型滤波器进行滤波后输出。

其UC3842的核心电路如图4所示。

图4UC3842的核心电路图

如图4所示，UC3842的工作频率由4脚和8脚间的RT和CT决定的。

理论上，其内部的振荡频率最高可达500kHz。

在本系统中RT和CT分别选用了10kΩ和0.045μF，根据公式：

可以计算得其工作频率约为40kHz，符合开关电源的要求。

在UC3842的2脚处接上一个10kΩ的电位器，通过调节电位器的阻值改变反馈电压，使脉宽的占空比发生变化，从而可以实现输出电压30～36V的连续可调变化。

结语

利用UC3842设计的电流制型脉宽调制开关稳压电源，克服了电压控制型脉宽调制开关稳压电源频响慢、电压调整率和负载调整率低的缺点，电路结构简单，成本低、体积小、易实现。

该稳压电源是目前实用和理想的稳压电源，具有很大的发展前景。

采用UC3842的电流控制型开关电源

电压控制型开关电源会对开关电流失控，不便于过流保护，并且响应慢、稳定性差。

与之相比，电流控制型开关电源是一个电压、电流双闭环控制系统，能克服电流失控的缺点，并且性能可靠、电路简单。

据此，我们用UC3842芯片设计了一个电流控制型开关电源。

为了提高输出电压的精度，系统没有采用离线式结构，而采用直接反馈式结构。

本系统在设计上充分考虑了电磁兼容性和安全性，可广泛应用于工业、家电、视听和照明设备。

电流控制型开关电源的原理框图

电流型控制是针对电压型控制的缺点而发展起来的，在保留了电压控制型的输出电压反馈控制部分外，又增加了一个电流反馈环节，其原理框如图1所示。

图1电流控制型开关电源的原理框图

电流控制型开关电源是一个电压、电流双闭环控制系统，内环为电流控制环，外环为电压控制环。

当UO变化导致UF变化，或I变化导致US变化时，都会使PWM电路的输出脉冲占空比发生变化，从而改变UO，达到输出电压稳定的目的。

电流型控制芯片UC3842

UC3842是一块功能齐全、较为典型的单端电流型PWM控制集成电路，内包含误差放大器、电流检测比较器、PWM锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定等单元。

它提供8端口双列直插塑料封装和14端口塑料表面贴装封装，内部结构如图2所示。

图2UC3842内部电路

8端口双列直插塑料封装的UC3842各管端口功能简介。

①端口COMP是内部误差放大器的输出端。

②端口VFB是反馈电压输入端，与内部误差放大器同相输入端的+2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，控制脉冲的宽度。

③端口ISENSE是电流传感端。

在应用电路中，在MOSFET的源极串接一个小阻值的取样电阻，将脉冲变压器的电流转换成电压并送入③端口，控制脉冲的宽度。

④端口RT/CT是定时端。

锯齿波振荡器的振荡频率f=1.8/（RT·CT），电流模式工作频率可达500kHz。

⑤端口GND是接地。

⑥端口OUTPUT是输出端，此端口为图腾柱式输出，驱动电流的峰值高达l.0A。

⑦端口VCC是电源。

当供电电压低于16V时，UC3824不工作，此时耗电在1mA以下。

芯片工作后，输入电压可在10～30V之间波动，工作电流约为15mA。

⑧端口VREF是基准电压输出，可输出精确的+5V基准电压，电流可达50mA。

UC3842构成电流控制型开关电源

1电路组成

UC3842构成的电流控制型开关电源电路如图3所示。

图3UC3842构成电流控制型开关电源

2工作原理

220V交流电先通过滤波网络滤掉各种干扰。

电阻R1主要用来消除断电瞬间残留的电压，热敏电阻RT1可以限制浪涌电流，压敏电阻VDR保护电路免受雷电的冲击。

然后，再经过B1整流、C4滤波，获得约300V直流电压后分两路输出：

一路经开关变压器T加到MOSFETQ1的漏极，另一路经R3加到C17的正端。

当C17的正端电位升到≥R16时，⑦端口得工作电压，UC3842电路启动，⑥端口电位上升，Q1开始导通，同时⑧端口的5V电压通过内电路建立。

C17容量最好在lO0μF以上,否则电源将出现打嗝现象。

C12滤波电容消除在开关时会产生尖峰脉冲，C11为消噪电容，R6、C13决定锯齿波振荡器的振荡频率，R9、C15用来确定误差放大器的增益和频响。

C14起斜坡补偿作用，能提高采样电压的可靠性。

正常工作后，线圈N2上的高频电压经过D2、R17、C18、D3为UC3842提供工作电压。

当开关管导通时，整流电压加在开关变压器初级绕组上的电能变成磁能储存在开关变压器中。

开关管截止后，能量通过次级绕组释放到负载上。

D7、D8是脉冲整流二极管，C7、R5吸收旁路开机瞬间出现的脉冲电流，L3、C8、C9、C10组成滤波电路。

输出电压可由下式描述。

UO=UI（TON/KTOFF）

式中，UO为输出电压，UI为整流电压，K为变压器的变压比，TON为Q1的导通时间，TOFF为Q2的截止时间。

由上式可知，输出电压和开关管的导通时间及输入电压成正比，与变压器的变压比及开关管的截止时间成反比。

C16、R12、D5用来限制栅极电压和电流，进而改善Q1开关速度，有利于改善电磁兼容性。

R13主要来防止Q1栅极悬空，D1、R4、C5和D6、R16、C20构成两级吸收回路，用于吸收尖峰电压，防止Q1损坏。

系统中的稳压电路有：

●电流反馈电路。

Q1源极串接取样电阻R15，把电流信号变为电压信号，送入UC3842内部的电流检测比较器同相端。

当Q1导通，电流斜率上升时，取样电阻R15的电压增加。

一旦R15的电压等于电流检测比较器反相端的电压，内部触发器复位，Q1截止，即实现了以电流控制⑥端口激励脉冲的占空比来稳定输出电压。

C19用来抑制取样电流的尖脉冲。

●电压反馈电路。

主要由可编程精密稳压器TL431和线性光电耦合器PC817组成。

输出电压经R21、R22分压后得到取样电压，送到可编程精密稳压器TL431的参考端口，改变R21、R22的阻值，使TL431的稳压值变化，即可改变开关电源的输出电压。

C21、R19对可编程精密稳压器TI431内部放大器进行相位补偿。

系统通过改变光电耦合器U2的发光强度来改变UC3842反馈端电压以实现稳压。

当输出电压升高时，TL431两端的电压UKA保持不变，光电耦合器控制端电流增大，②端口反馈端电压值随之增大，UC3842内部的电流检测比较器反相端的电压变低，输出端⑥端口的脉冲信号占空比变低，开关管的导通时间减少，输出电压降低；反之，如果输出电压下降时，UC3842的输出脉冲占空比增大，输出电压增高，达到稳压目的。

另一方面，⑦端口电源电压由D2整流、C18滤波产生，反映了输出电压的变化，起到反馈作用，使输出电压稳定。

●电路有前馈线调整功能。

在负载不变时，输入电压突然增加，开关变压器的感应电流由于输入电压增加而迅速斜升，因反馈信号和误差信号尚未改变，限流作用发生比较快，故脉冲宽度变得比较窄。

所以，市电的变化在影响输出之前己被补偿，即提高了对输入电压的响应速度。

图4斜率补偿

当系统工作在占空比大于50％或连续电感电流条件下，会产生谐波振荡，它是由固定频率和峰值电流取样同时工作所引起，图4A显示了这种现象。

在t0时刻，Q1导通，电感电流以斜率m1上升，t1时刻，电流取样输入到达由控制电压建立的门限。

这导致Q1截止，电流以斜率m2下降，直至下一个振荡周期。

如果系统有一个扰动加到控制电压上，产生一个小的△I（图中虚线），系统将不稳定。

为了能使系统在占空比大于50％或连续电感电流条件下仍能可靠工作，将④端口的锯齿波电压通过射极跟随器Q2送入③端口，从而在电流取样端上增加了一个与脉宽调制时钟同步的人为斜坡，可以在后续周期将△I扰动减小至零，如图4B所示。

该补偿斜坡的斜率必须等于或略大于m2/2，系统才具有稳定性。

系统设计的保护电路有：

●输出过压保护电路Ⅰ。

当输出电压较高，通过电压反馈电路使得②端口电压超过2.5V时，内部触发器复位，外接Q1截止，达到输出过压保护的目的。

●输出过压保护电路Ⅱ。

当输出电压升高，高于D9的击穿电压时，稳压二极管D9击穿，可控硅SCR触发导通，使光电耦合器二极管的负端电压降为0V，光电耦合器饱和，②端口电压为最大值，Q1一直截止，达到输出过压保护的目的。

●输出过流、过载保护电路。

在电路过流、过载时，输出电压降低，Q3、D4、R8构成次级过流、过载保护电路。

当次级未过载时，Q3、D4截止；当次级过载时，Q3、D4导通，④端口电位下降，锯齿波振荡器停振，达到过流、过载保护的目的。

●Q1过流保护电路。

当电源电压异常时，开关回路的电流增大，取样电阻R15上的电压超过1V时，内部触发器复位，外接Q1截止，有效地保护了Q1。

结论

本系统采用UC3842设计的电流控制型开关电源，克服了电压控制型开关电源电压调整率和负载调整率差的缺点，并且性能可靠，电路简单。

该电源是20～80W的小功率开关电源的理想电源。

用UC3842芯片设计开关电源1

2009-04-1518:

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1UC3842的内部结构和特点

　　UC3842是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片。

　　UC3842为8脚双列直插式封装，其内部原理框图如图1所示。

主要由5.0V基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E/A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等构成。

端1为COMP端；端2为反馈端；端3为电流测定端；端4接Rt、Ct确定锯齿波频率；端5接地；端6为推挽输出端，有拉、灌电流的能力；端7为集成块工作电源电压端，可以工作在8～40V；端8为内部供外用的基准电压5V，带载能力50mA。

2电路结构与工作原理

    图2所示为笔者在实际工作中使用的电路图。

输入电压为24V直流电。

三路直流输出，分别为5V/4A，12V/0.3A和-12V/0.3A。

所有的二极管都采用快速反应二极管，核心PWM器件采用UC3842。

开关管采用快速大功率场效应管。

2.1启动过程

　　首先由电源通过启动电阻R1提供电流给电容C2充电，当C2电压达到UC3842的启动电压门槛值16V时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6端输出推动开关管工作，输出信号为高低电压脉冲。

高电压脉冲期间，场效应管导通，电流通过变压器原边，同时把能量储存在变压器中。

根据同名端标识情况，此时变压器各路副边没有能量输出。

当6脚输出的高电平脉冲结束时，场效应管截止，根据楞次定律，变压器原边为维持电流不变，产生下正上负的感生电动势，此时副边各路二极管导通，向外提供能量。

同时反馈线圈向UC3842供电。

UC3842内部设有欠压锁定电路，其开启和关闭阈值分别为16V和10V，如