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我们来聊聊高频开关电源中电压控制芯片UC3842的内部电路

来源:电源研发精英圈 作者:wanglr 浏览:1077

关键词: 模块 其它 振荡器 驱动 变换器

在高频开关电源中,常见的控制方式有电压控制,电流控制(电流控制又分为峰值电流控制和平均电流控制),移相控制。电压控制方式相对简单,容易理解,常见的电压控制芯片以TL494、SG3524等为代表,相对电流控制方式来说电路简单,但响应速度慢;而电流控制方式的优点就是响应速度快,常见的控制芯片有UC3842,UC3844等;移相式最常见的应用场合就是全桥软开关电路,比如UCC3895芯片。

在高频开关电源中,常见的控制方式有电压控制,电流控制(电流控制又分为峰值电流控制和平均电流控制),移相控制。电压控制方式相对简单,容易理解,常见的电压控制芯片以TL494、SG3524等为代表,相对电流控制方式来说电路简单,但响应速度慢;而电流控制方式的优点就是响应速度快,常见的控制芯片有UC3842,UC3844等;移相式最常见的应用场合就是全桥软开关电路,比如UCC3895芯片。更多的控制芯片型号可前往TI、半导体、飞利浦等公司官网上查找。

今天要讲的这款芯片UC3844,属于峰值电流控制型芯片。它有16V(通)和10V(断)的欠压锁定门限,很适合于低压输出的离线式变换器。先了解一下该芯片的管脚说明,如图1所示:

这里以8管脚的为例,来讲解一下该芯片的内部电路,梳理一下电路调制过程,从而更好地理解和运用这个芯片,再类比其它芯片,举一反三。

要了解电路,先了解内部模块组成,分析它的作用。如下图2,是UC3844的内部简易框图。首先7脚为芯片电源

输入端口,为保证其它电路工作,电源电压不能过低,所以这里有欠压保护,一旦电源电压不够,内部不能输出5V参考电压,欠压锁定就会触发产生一个电平关闭脉宽调制输出,从而使驱动输出一直为低电平;8脚输出一个稳定的5V参考电源,通过这个电压外部经过RC电路的充放电,可实现一个频率可调的三角波振荡器,并作为一路输入给脉宽发生器;1脚和2脚分别为误差放大器的输出端和负输入端,作为电压反馈信号进行脉宽调制;3脚为电流采样输入端,图中显示也参与了脉宽调制工作,脉宽调制触发器经过一些逻辑电路由6脚输出,控制后面电路占空比。

分析完内部简易图,对芯片的各部分工作有了一定的认识,接下来具体分析工作过程,内部电路如图3所示

首先,VCC端有个36V的稳压管,说明供电电压最高为36V,当然也不能过低,过低就有个欠压锁定电路;输出经过一个稳压器得到高精度的5V电压,其中一路输出给RC充放电,产生一定频率的三角波,还有一路经过精密电阻分压产生2.5V输入给误差放大器的正输入端,而2脚负输入端一般接反馈电压,经过误差放大器放大输出,1脚作为放大器输出端,引出来的目的之一就是作反馈和作输出补偿,和负输入端之间一般接个电容,构成积分电路,使电压变得缓慢,起到补偿作用;1脚输出端经过两个二极管(约1.4V压降)后又经过电阻分压,并联1V稳压管,输入到电流比较器的负端,这说明输出端Vout可以分为三个阶段,(1)小于1.4V,V_=0V;(2)大于等于1.4V,小于4.4V,V_与Vout呈线性关系;(3)大于4.4V,V_=1V;电流比较器的正输入端是电流采样值,当采样电流反馈回来电压大于1V时,就可认为是过流,直接输出高电平,关闭PWM波(为什么就直接关闭PWM波,后面会有分析)。当电流反馈电压值小于1V时,和输出反馈电压值(2脚或者说是1脚)比较,输出一个高低电平,作为RS触发器的R端。而RS触发器的S端是三角波经过一些逻辑电路变成一定频率的脉冲波形(上升过程为低电平,放电过程为高电平,变换的触发器电路这里没有给出,知道就行),RS触发器的公式为:Qn+1等于S加上R非与上Qn,然后取反输出,产生一个脉宽调制波,其中的时序过程如图4所示:

第一行是电容充放电波形,第二行是S端输入波形,第三行是电流比较器的两个输入端,不过图中的输出补偿曲线是1端的电压,要减去1.4V电压后再除以3倍与电流取样输入比较,得到波形就是第四行,即R端输入,R和S波形经过RS触发器输出后取反,就是第五行输出脉宽调制波形,具体计算验证过程大家可以自己去验证一下,这样便于加深理解。上面提到过流的情况,当过流时,电流比较器输出高电平,即R=1,由RS触发器公式,可以得知Qn+1=S,与Qn无关,取反后即为S非,再与S一起输入到或门中,S加上S非一直为1,所以输出时下面那个NPN导通,最终输出一直为低电平,即关闭MOS管。

下图5为小R大C的情形,感兴趣的朋友一定要自己去推一遍,理清其中的时序,加深自己的理解。

关于电路功能的讲解到这里差不多结束了,从分析过程中可以看得出来,输出的占空比波形与采样的峰值电流是相关的,所以这款芯片是峰值电流控制型芯片,而另一路电压输出反馈回路,可以看作是电流反馈信号的比较上限值,电压反馈回路响应时间长,又加了积分补偿电容,像PI算法一样,可以减小误差,使占空比调制趋于稳定。这些控制芯片的内部结构大同小异,掌握了该芯片的分析方法后,可以尝试去分析其它控制芯片的结构,便于以后更好地使用芯片。

关于电路功能的讲解到这里差不多结束了,从分析过程中可以看得出来,输出的占空比波形与采样的峰值电流是相关的,所以这款芯片是峰值电流控制型芯片,而另一路电压输出反馈回路,可以看作是电流反馈信号的比较上限值,电压反馈回路响应时间长,又加了积分补偿电容,像PI算法一样,可以减小误差,使占空比调制趋于稳定。这些控制芯片的内部结构大同小异,掌握了该芯片的分析方法后,可以尝试去分析其它控制芯片的结构,便于以后更好地使用芯片。

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