我們聊聊UC3844,一顆高頻開關電源控制晶片!

在高頻開關電源中,常見的控制方式有電壓控制,電流控制(電流控制又分為峰值電流控制和平均電流控制),移相控制。電壓控制方式相對簡單,容易理解,常見的電壓控制芯片以TL494、SG3524等為代表,相對電流控制方式來說電路簡單,但響應速度慢;

而電流控制方式的優點就是響應速度快,常見的控制芯片有UC3842,UC3844等;移相式最常見的應用場合就是全橋軟開關電路,比如UCC3895芯片。更多的控制芯片型號可前往TI、半導體、飛利浦等公司官網上查找。

今天要講的這款芯片UC3844,屬於峰值電流控制型芯片。它有16V(通)和10V(斷)的欠壓鎖定門限,很適合於低壓輸出的離線式變換器。先了解一下該芯片的管腳說明,如圖1所示:

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這裡以8管腳的為例,來講解一下該芯片的內部電路,梳理一下電路調製過程,從而更好地理解和運用這個芯片,再類比其它芯片,舉一反三。

要了解電路,先了解內部模塊組成,分析它的作用。如下圖2,是UC3844的內部簡易框圖。首先7腳為芯片電源

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輸入端口,為保證其它電路工作,電源電壓不能過低,所以這裡有欠壓保護,一旦電源電壓不夠,內部不能輸出5V參考電壓,欠壓鎖定就會觸發產生一個電平關閉脈寬調製輸出,從而使驅動輸出一直為低電平;8腳輸出一個穩定的5V參考電源,通過這個電壓外部經過RC電路的充放電,可實現一個頻率可調的三角波振盪器,並作為一路輸入給脈寬發生器;

1腳和2腳分別為誤差放大器的輸出端和負輸入端,作為電壓反饋信號進行脈寬調製;3腳為電流採樣輸入端,圖中顯示也參與了脈寬調製工作,脈寬調製觸發器經過一些邏輯電路由6腳輸出,控制後面電路佔空比。

分析完內部簡易圖,對芯片的各部分工作有了一定的認識,接下來具體分析工作過程,內部電路如圖3所示

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首先,VCC端有個36V的穩壓管,說明供電電壓最高為36V,當然也不能過低,過低就有個欠壓鎖定電路;輸出經過一個穩壓器得到高精度的5V電壓,其中一路輸出給RC充放電,產生一定頻率的三角波,還有一路經過精密電阻分壓產生2.5V輸入給誤差放大器的正輸入端,而2腳負輸入端一般接反饋電壓,經過誤差放大器放大輸出,1腳作為放大器輸出端,引出來的目的之一就是作反饋和作輸出補償,和負輸入端之間一般接個電容,構成積分電路,使電壓變得緩慢,起到補償作用;

1腳輸出端經過兩個二極管(約1.4V壓降)後又經過電阻分壓,並聯1V穩壓管,輸入到電流比較器的負端,這說明輸出端Vout可以分為三個階段,

(1)小於1.4V,V_=0V;

(2)大於等於1.4V,小於4.4V,V_與Vout呈線性關係;

(3)大於4.4V,V_=1V;

電流比較器的正輸入端是電流採樣值,當採樣電流反饋回來電壓大於1V時,就可認為是過流,直接輸出高電平,關閉PWM波(為什麼就直接關閉PWM波,後面會有分析)。當電流反饋電壓值小於1V時,和輸出反饋電壓值(2腳或者說是1腳)比較,輸出一個高低電平,作為RS觸發器的R端。

而RS觸發器的S端是三角波經過一些邏輯電路變成一定頻率的脈衝波形(上升過程為低電平,放電過程為高電平,變換的觸發器電路這裡沒有給出,知道就行),RS觸發器的公式為:Qn+1等於S加上R非與上Qn,然後取反輸出,產生一個脈寬調製波,其中的時序過程如圖4所示:

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第一行是電容充放電波形,第二行是S端輸入波形,第三行是電流比較器的兩個輸入端,不過圖中的輸出補償曲線是1端的電壓,要減去1.4V電壓後再除以3倍與電流取樣輸入比較,得到波形就是第四行,即R端輸入,R和S波形經過RS觸發器輸出後取反,就是第五行輸出脈寬調製波形,具體計算驗證過程大家可以自己去驗證一下,這樣便於加深理解。上面提到過流的情況,當過流時,電流比較器輸出高電平,即R=1,由RS觸發器公式,可以得知Qn+1=S,與Qn無關,取反後即為S非,再與S一起輸入到或門中,S加上S非一直為1,所以輸出時下面那個NPN導通,最終輸出一直為低電平,即關閉MOS管。

下圖5為小R大C的情形,感興趣的朋友一定要自己去推一遍,理清其中的時序,加深自己的理解。

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關於電路功能的講解到這裡差不多結束了,從分析過程中可以看得出來,輸出的佔空比波形與採樣的峰值電流是相關的,所以這款芯片是峰值電流控制型芯片,而另一路電壓輸出反饋迴路,可以看作是電流反饋信號的比較上限值,電壓反饋迴路響應時間長,又加了積分補償電容,像PI算法一樣,可以減小誤差,使佔空比調製趨於穩定。這些控制芯片的內部結構大同小異,掌握了該芯片的分析方法後,可以嘗試去分析

其它控制芯片的結構,便於以後更好地使用芯片。

關於電路功能的講解到這裡差不多結束了,從分析過程中可以看得出來,輸出的佔空比波形與採樣的峰值電流是相關的,所以這款芯片是峰值電流控制型芯片,而另一路電壓輸出反饋迴路,可以看作是電流反饋信號的比較上限值,電壓反饋迴路響應時間長,又加了積分補償電容,像PI算法一樣,可以減小誤差,使佔空比調製趨於穩定。這些控制芯片的內部結構大同小異,掌握了該芯片的分析方法後,可以嘗試去分析其它控制芯片的結構,便於以後更好地使用芯片。


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