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UC3842开关电源管理芯片管脚及封装、工作原理详细

UC3842最早是Unitrode公司的产品,其开发了一系列的UC384X产品,TI收购了Unitrode公司,沿用了原来产品选号。后来,其他的芯片公司仿制生产这一款产品,有许多派生选号,如CA3842,CW3842等等。即使是后来许多新的峰值电流模式控制器,基本上也是基于UC3842的原理进行设计。时至今日,在一些小功率的辅助开关电源中,UC3842仍然有使用。

一、UC3842管脚及封装

UC3842管脚及封装

8个管脚的UC3842,DIP8、SO8、SOIC8这3种封装最为常用。

管脚1:COMP,内部误差放大器的输出端

管脚2:VFB,电压检测端,也是内部误差放大器的反相输入端

管脚3:ISENSE,电流检测端,连接到电流检测电阻或电流检测变压器的输出。

管脚4:RT/CT,振荡频率设置端,此管脚连接1个电阻RT到VREF,连接1个电容CT到地,设定开关频率。RT>5 kΩ,CT>1nF,开关频率设定的公式为:

4.jpg

管脚5,GROUND:地。

管脚6,OUTPTU:内部图腾柱(Totem Pole)驱动器输出,连接到外部功率MOSFET栅极。

管脚7,Vcc:芯片的供电端。内部设置了1个34V的稳压管,保证其内部电路工作在34V以下,防止外部高压损坏内部电路。

管脚8,VREF:内部5V参考电压(基准电压),用于内部各部分电路的工作;同时5V参考电压可以通过RT给振荡器的CT提供充电电流,使内部振荡器正常工作。

二、UC3842内部基本结构

UC3842内部基本结构

三、UC3842工作原理介绍

输出电压信号和基准电压2.5V比较后产生的误差电压,经过电压误差放大器U1放大,由Comp管脚输出。Comp管脚输出的信号,通过2个二极管降压,然后再由2个分压电阻2R、R经过1/3分压,得到电压为Vs,连接到比较器U2的反相输入端,此为电压外环。

电流检测信号直接连接到比较器U2的同相输入端,电流检测信号进到芯片后,和Vs进行比较后,产生脉宽调制的脉冲,Vs电压为电流信号的给定,也就是电压外环作为电流内环的给定信号(参考电压信号),通过脉宽调制控制开关管的峰值电流,因此,称为峰值电流型脉宽调制器。

UC3842内部电压外环和电流内环

内部图腾柱由2个NPN三极管Q1,Q2组成,Q2由U4输出直接驱动,Q1由U4输出反相后驱动,Q1、Q2驱动信号的逻辑刚好是相反。

U4为3或门,3个输入分别是:

(1)电源起动电路的输出高电平“1”,反相后作为3或门的1个输入。只要电源电压Vcc大于起动电压(10V),3或门的这个输入端就总是保持低电平“0”。

(2)振荡器U9输出的脉冲时钟信号。

(3)PWM锁存器U3反相输出端。

只有当U4的3个输入端全都是低电平“0”,U4输出端反相后的输出(3或门的非端输出)才为高电平“1”,然后,Q1开通,Q2关断,图腾柱输出高电平“1”,外部功率MOSFET处于开通状态。

U4的3个输入端中,只要有1个输入端为高电平“1”,U4输出端都为低电平“0”,Q2开通,Q1关断,外部功率MOSFET处于截止(关断)状态。

3.1 驱动输出高电平,外部开关管导通

芯片正常工作时,U5输出为高电平“1”。

振荡器的时钟信号变为高电平“1”时,U3输入端S为高电平“1”,S=1,U3置位,U3反相输出端为低电平“0”(输出端为高电平“1”)。短脉冲时钟信号结束后,振荡器输出时钟信号变为低电平“0”,PWM锁存器输入端S为低电平“0”,S=0,由于U2同相输入端电压(电流检测信号)小于U2反相输入端电压Vs(输出电压检测信号),I*RS<VS,比较器U2输出为低电平“0”,R=0;由于S=0,R=0,因此,PWM锁存器U3反相输出端仍然保持低电平“0”不变。

U4的3个输入端都为低电平“0”,U4输出为低电平“0”,Q1开通,PIN6脚输出高电平,外部开关管导通,如图5所示。

Q1开通,驱动输出高电平

3.2 驱动输出低电平,外部开关管截止

外部开关管导通,系统电流增加,U2同相输入端电压(电流检测信号)增大,当此电压大于U2反相输入端电压Vs,I*RS>VS,比较器U2输出翻转为高电平“1”, PWM锁存器U3输入端R为高电平“1”,R=1,U3复位,U3反相输出端为高电平“1” (输出端为低电平“0”)。

U4的1个输入端为高电平“1”,U4输出为高电平“1”,Q1关断、Q2开通,PIN6脚输出低电平,外部开关管截止关断,如图6所示。

Q2开通,驱动输出低电平

外部开关管关断后,其电流下降,U2同相输入端电压(电流检测信号)降低,小于U2反相输入端电压Vs,I*RS<VS,比较器U2输出马上翻转为低电平“0”,PWM锁存器U3输入端R为低电平“0”,R=0,同时,S=0,因此,U3输出保持高电平“1”不变,Q2保持开通状态、PIN6脚输出保持低电平,外部开关管也继续保持截止关断状态。

然后,系统等待振荡器下一个时钟信号的到来,开始下一个开关周期,如此循环往复,UC3842逻辑控制如图7所示,基本控制逻辑就是:时钟信号决定外部开关管的开通,电流信号决定外部开关管的关断。

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PWM比较器翻转的电压值为:

9.jpg

VC为电压误差放大器的输出电压,减去2个二极管的正向压降1.4V,再经过电阻分压衰减1/3。VC在小于1V的电压范围内,脉宽调制器处于正常的工作状态;当VC≥1V时,就会出现限流保护,这是因为内部PWM比较器的反相输入端,加了1V的稳压管钳位,开关管的最大峰值电流为:

10.jpg

同样,如果系统的最大峰值电流已知,就可以利用上面公式,求出电流检测电阻值。

只要电流检测电阻RS电压达到1V,脉宽调制器就立刻关断开关管的驱动信号,形成逐个脉冲限流功能(Cycle by Cycle Current Limit),限制系统最大的输出电流,提高系统的可靠性,这也是峰值电流控制固有的特性。

但是,在一些应用情况中,逐个脉冲限流功能并不能提供可靠的过流保护,这是因为为了滤除开关管开通瞬间的尖峰电流,防止开关管误触发而关断,电流测量信号使用RC滤波或前沿消隐时间(Leading Edge Blanking LEB),开关管开通瞬间的这段时间内,系统对检测电流信号不做响应,过了这一段时间,系统才处理电流检测信号,这样,在输出电流非常大时,每个开关周期,控制器都会让开关管导通最小的这一段时间,然后过流保护关断开关管,系统连续工作在最小脉冲宽度状态,电感会逐渐饱和,电感电流走飞,从而导致系统失效。

标签: UC3842
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