峰值电流控制型芯片UC3842的内部工作原理

 

之前讲到了分立元件搭建驱动电路，主要便于我们对芯片内部的了解，但是在实际应用中，更多的是使用集成芯片。

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。

                      又，又，又变身啦！

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。