之前講到了分立元件搭建驅(qū)動(dòng)電路,主要便于我們對(duì)芯片內(nèi)部的了解,但是在實(shí)際應(yīng)用中,更多的是使用集成芯片。
在高頻開(kāi)關(guān)電源中,常見(jiàn)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(duì)簡(jiǎn)單,容易理解,常見(jiàn)的電壓控制芯片以TL494、SG3524等為代表,相對(duì)電流控制方式來(lái)說(shuō)電路簡(jiǎn)單,但響應(yīng)速度慢;而電流控制方式的優(yōu)點(diǎn)就是響應(yīng)速度快,常見(jiàn)的控制芯片有UC3842,UC3844等;移相式最常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)合就是全橋軟開(kāi)關(guān)電路,比如UCC3895芯片。更多的控制芯片型號(hào)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(mén)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(shuō)明,如圖1所示:
這里以8管腳的為例,來(lái)講解一下該芯片的內(nèi)部電路,梳理一下電路調(diào)制過(guò)程,從而更好地理解和運(yùn)用這個(gè)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(jiǎn)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(guò)低,所以這里有欠壓保護(hù),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(huì)觸發(fā)產(chǎn)生一個(gè)電平關(guān)閉脈寬調(diào)制輸出,從而使驅(qū)動(dòng)輸出一直為低電平;8腳輸出一個(gè)穩(wěn)定的5V參考電源,通過(guò)這個(gè)電壓外部經(jīng)過(guò)RC電路的充放電,可實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(fù)輸入端,作為電壓反饋信號(hào)進(jìn)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(guò)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(jiǎn)易圖,對(duì)芯片的各部分工作有了一定的認(rèn)識(shí),接下來(lái)具體分析工作過(guò)程,內(nèi)部電路如圖3所示
首先,VCC端有個(gè)36V的穩(wěn)壓管,說(shuō)明供電電壓最高為36V,當(dāng)然也不能過(guò)低,過(guò)低就有個(gè)欠壓鎖定電路;輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)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(guò)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(fù)輸入端一般接反饋電壓,經(jīng)過(guò)誤差放大器放大輸出,1腳作為放大器輸出端,引出來(lái)的目的之一就是作反饋和作輸出補(bǔ)償,和負(fù)輸入端之間一般接個(gè)電容,構(gòu)成積分電路,使電壓變得緩慢,起到補(bǔ)償作用;1腳輸出端經(jīng)過(guò)兩個(gè)二極管(約1.4V壓降)后又經(jīng)過(guò)電阻分壓,并聯(lián)1V穩(wěn)壓管,輸入到電流比較器的負(fù)端,這說(shuō)明輸出端Vout可以分為三個(gè)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(dāng)采樣電流反饋回來(lái)電壓大于1V時(shí),就可認(rèn)為是過(guò)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(huì)有分析)。當(dāng)電流反饋電壓值小于1V時(shí),和輸出反饋電壓值(2腳或者說(shuō)是1腳)比較,輸出一個(gè)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(guò)一些邏輯電路變成一定頻率的脈沖波形(上升過(guò)程為低電平,放電過(guò)程為高電平,變換的觸發(fā)器電路這里沒(méi)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(gè)脈寬調(diào)制波,其中的時(shí)序過(guò)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(gè)輸入端,不過(guò)圖中的輸出補(bǔ)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(guò)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(jì)算驗(yàn)證過(guò)程大家可以自己去驗(yàn)證一下,這樣便于加深理解。上面提到過(guò)流的情況,當(dāng)過(guò)流時(shí),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(wú)關(guān),取反后即為S非,再與S一起輸入到或門(mén)中,S加上S非一直為1,所以輸出時(shí)下面那個(gè)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(shí)序,加深自己的理解。
關(guān)于電路功能的講解到這里差不多結(jié)束了,從分析過(guò)程中可以看得出來(lái),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(hào)的比較上限值,電壓反饋回路響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),又加了積分補(bǔ)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。
又,又,又變身啦!
關(guān)于電路功能的講解到這里差不多結(jié)束了,從分析過(guò)程中可以看得出來(lái),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(hào)的比較上限值,電壓反饋回路響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),又加了積分補(bǔ)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。
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uc3842
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原文標(biāo)題:干貨分享「UC3842內(nèi)部工作原理」
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