我們聊聊UC3844,一顆高頻開關(guān)電源控制芯片!
在高頻開關(guān)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(yīng)速度慢;
而電流控制方式的優(yōu)點就是響應(yīng)速度快,常見的控制芯片有UC3842,UC3844等;移相式最常見的應(yīng)用場合就是全橋軟開關(guān)電路,比如UCC3895芯片。更多的控制芯片型號可前往TI、半導(dǎo)體、飛利浦等公司官網(wǎng)上查找。
今天要講的這款芯片UC3844,屬于峰值電流控制型芯片。它有16V(通)和10V(斷)的欠壓鎖定門限,很適合于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:
這里以8管腳的為例,來講解一下該芯片的內(nèi)部電路,梳理一下電路調(diào)制過程,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(nèi)部模塊組成,分析它的作用。如下圖2,是UC3844的內(nèi)部簡易框圖。首先7腳為芯片電源
輸入端口,為保證其它電路工作,電源電壓不能過低,所以這里有欠壓保護,一旦電源電壓不夠,內(nèi)部不能輸出5V參考電壓,欠壓鎖定就會觸發(fā)產(chǎn)生一個電平關(guān)閉脈寬調(diào)制輸出,從而使驅(qū)動輸出一直為低電平;8腳輸出一個穩(wěn)定的5V參考電源,通過這個電壓外部經(jīng)過RC電路的充放電,可實現(xiàn)一個頻率可調(diào)的三角波振蕩器,并作為一路輸入給脈寬發(fā)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(diào)制;3腳為電流采樣輸入端,圖中顯示也參與了脈寬調(diào)制工作,脈寬調(diào)制觸發(fā)器經(jīng)過一些邏輯電路由6腳輸出,控制后面電路占空比。
分析完內(nèi)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(nèi)部電路如圖3所示
首先,VCC端有個36V的穩(wěn)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(jīng)過一個穩(wěn)壓器得到高精度的5V電壓,其中一路輸出給RC充放電,產(chǎn)生一定頻率的三角波,還有一路經(jīng)過精密電阻分壓產(chǎn)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(jīng)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(gòu)成積分電路,使電壓變得緩慢,起到補償作用;
1腳輸出端經(jīng)過兩個二極管(約1.4V壓降)后又經(jīng)過電阻分壓,并聯(lián)1V穩(wěn)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)小于1.4V,V_=0V;
(2)大于等于1.4V,小于4.4V,V_與Vout呈線性關(guān)系;
(3)大于4.4V,V_=1V;
電流比較器的正輸入端是電流采樣值,當采樣電流反饋回來電壓大于1V時,就可認為是過流,直接輸出高電平,關(guān)閉PWM波(為什么就直接關(guān)閉PWM波,后面會有分析)。當電流反饋電壓值小于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(fā)器的R端。
而RS觸發(fā)器的S端是三角波經(jīng)過一些邏輯電路變成一定頻率的脈沖波形(上升過程為低電平,放電過程為高電平,變換的觸發(fā)器電路這里沒有給出,知道就行),RS觸發(fā)器的公式為:Qn+1等于S加上R非與上Qn,然后取反輸出,產(chǎn)生一個脈寬調(diào)制波,其中的時序過程如圖4所示:
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電壓后再除以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(jīng)過RS觸發(fā)器輸出后取反,就是第五行輸出脈寬調(diào)制波形,具體計算驗證過程大家可以自己去驗證一下,這樣便于加深理解。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(fā)器公式,可以得知Qn+1=S,與Qn無關(guān),取反后即為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(dǎo)通,最終輸出一直為低電平,即關(guān)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。
我們聊聊UC3844,一顆高頻開關(guān)電源控制芯片!
關(guān)于電路功能的講解到這里差不多結(jié)束了,從分析過程中可以看得出來,輸出的占空比波形與采樣的峰值電流是相關(guān)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回路,可以看作是電流反饋信號的比較上限值,電壓反饋回路響應(yīng)時間長,又加了積分補償電容,像PI算法一樣,可以減小誤差,使占空比調(diào)制趨于穩(wěn)定。這些控制芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大同小異,掌握了該芯片的分析方法后,可以嘗試去分析其它控制芯片的結(jié)構(gòu),便于以后更好地使用芯片。
關(guān)于電路功能的講解到這里差不多結(jié)束了,從分析過程中可以看得出來,輸出的占空比波形與采樣的峰值電流是相關(guān)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回路,可以看作是電流反饋信號的比較上限值,電壓反饋回路響應(yīng)時間長,又加了積分補償電容,像PI算法一樣,可以減小誤差,使占空比調(diào)制趨于穩(wěn)定。這些控制芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大同小異,掌握了該芯片的分析方法后,可以嘗試去分析其它控制芯片的結(jié)構(gòu),便于以后更好地使用芯片。