深度解析 onsemi UC3844B/UC3845B 系列高性能电流模式控制器

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的控制器对于电源电路的性能和稳定性至关重要。onsemi 的 UC3844B、UC3845B、UC2844B、UC2845B 系列高性能固定频率电流模式控制器，就是这样一款值得深入研究的产品。今天，我们就来详细解析一下这款控制器。

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产品概述

UC3844B、UC3845B 系列专为离线和 DC - DC 转换器应用而设计，能为设计师提供经济高效的解决方案，且所需外部组件极少。这些集成电路集成了振荡器、温度补偿基准、高增益误差放大器、电流传感比较器以及适合驱动功率 MOSFET 的高电流图腾柱输出。同时，还具备输入和参考欠压锁定、逐周期电流限制、单脉冲计量锁存器等保护功能，输出死区时间可在 50% - 70% 之间编程。

该系列产品有 8 引脚双列直插式和表面贴装（SOIC - 8）塑料封装，以及 14 引脚塑料表面贴装（SOIC - 14）封装。其中，SOIC - 14 封装为图腾柱输出级提供了独立的电源和接地引脚。

产品特性

精准的频率控制

• 振荡器频率：经过微调的振荡器可实现精确的频率控制，振荡器频率在 250 kHz 时得到保证，电流模式操作可达 500 kHz 输出开关频率。
• 频率稳定性：频率随电压和温度的变化极小，电压变化（(V_{CC}=12V) 到 (25V)）时频率变化仅 0.2% - 1.0%，温度变化时频率变化 0.5% - 1.0%。

灵活的输出控制

• 输出死区时间：输出死区时间可在 50% - 70% 之间调节，能满足不同应用场景的需求。
• 自动前馈补偿：自动前馈补偿功能可提高系统的稳定性和响应速度。

可靠的保护机制

• 逐周期电流限制：采用锁存式 PWM 实现逐周期电流限制，确保系统在过载等异常情况下的安全。
• 欠压锁定：具有带迟滞的欠压锁定功能，可防止系统在电压不稳定时出现异常工作。

其他特性

• 低启动和工作电流：降低了系统的功耗，提高了能源效率。
• 环保合规：这些器件为无铅产品，符合 RoHS 标准。

电气特性

参考部分

参考输出电压在 (I{O}=1.0mA)、(T{J}=25^{circ}C) 时为 4.9 - 5.1V，具有良好的线性调整率和负载调整率，温度稳定性也较高。

振荡器部分

振荡器频率可通过 (R{T}) 和 (C{T}) 进行编程，在不同温度和电压条件下都能保持稳定。

误差放大器部分

误差放大器具有典型的 90 dB 直流电压增益和 1.0 MHz 的单位增益带宽，相角裕度为 57 度，能有效控制输出电压。

电流传感部分

电流传感比较器的增益为 2.85 - 3.15，最大电流传感输入阈值为 0.9 - 1.1V，可准确监测电感电流。

欠压锁定部分

UCX844B 的启动阈值为 16V（导通）和 10V（关断），UCX845B 的启动阈值为 8.5V（导通）和 7.6V（关断），能确保系统在合适的电压下启动和工作。

引脚功能

8 - 引脚	14 - 引脚	功能	描述
1	1	补偿	误差放大器输出，用于环路补偿
2	3	电压反馈	误差放大器的反相输入，通常通过电阻分压器连接到开关电源输出
3	5	电流传感	连接与电感电流成正比的电压，PWM 利用此信息终止输出开关导通
4	7	(R{T}/C{T})	通过连接电阻 (R{T}) 到 (V{ref}) 和电容 (C_{T}) 到地来编程振荡器频率和最大输出占空比
5	-	GND	控制电路和电源的公共接地
6	10	输出	直接驱动功率 MOSFET 的栅极，可提供高达 1.0A 的峰值电流
7	12	(V_{CC})	控制 IC 的正电源
8	14	(V_{ref})	参考输出，通过电阻 (R{T}) 为电容 (C{T}) 提供充电电流
-	8	功率接地	独立的功率接地返回端，连接回电源，可减少开关瞬态噪声对控制电路的影响
-	11	(V_{C})	输出高电平状态（(V_{OH})）由施加到该引脚的电压设置，可减少开关瞬态噪声对控制电路的影响
-	9	GND	控制电路接地返回端，连接回电源地
-	2,4,6,13	NC	无连接，这些引脚内部未连接

工作原理

振荡器

振荡器频率由 (R{T}) 和 (C{T}) 的值决定。电容 (C{T}) 通过电阻 (R{T}) 从 5.0V 参考电压充电至约 2.8V，然后由内部电流源放电至 1.2V。在 (C{T}) 放电期间，振荡器产生内部消隐脉冲，使输出处于低电平状态，从而产生可控的输出死区时间。UCX844/5B 中内置的内部触发器可使输出每隔一个时钟周期关断，结合 (C{T}) 放电周期，可实现 50% - 70% 的输出死区时间编程。

误差放大器

误差放大器具有 90 dB 的典型直流电压增益和 1.0 MHz 的单位增益带宽，非反相输入内部偏置为 2.5V。转换器输出电压通常通过电阻分压器进行分压并由反相输入监测。误差放大器输出（引脚 1）用于外部环路补偿，输出电压经两个二极管压降（≈1.4V）偏移并除以 3 后连接到电流传感比较器的反相输入。

电流传感比较器和 PWM 锁存器

UC3844B、UC3845B 作为电流模式控制器工作，输出开关导通由振荡器启动，当电感峰值电流达到误差放大器输出/补偿（引脚 1）设定的阈值电平时终止。电流传感比较器和 PWM 锁存器配置确保在任何给定的振荡器周期内输出仅出现一个脉冲。正常工作条件下，电感峰值电流由引脚 1 的电压控制；异常工作条件下，电流传感比较器阈值将内部钳位到 1.0V。

欠压锁定

内置两个欠压锁定比较器，分别监测正电源端子（(V{CC})）和参考输出（(V{ref})）。每个比较器都有内置迟滞，以防止输出在阈值交叉时出现不稳定行为。UCX844B 的 (V{CC}) 比较器上下阈值为 16V/10V，UCX845B 为 8.4V/7.6V；(V{ref}) 比较器上下阈值为 3.6V/3.4V。

输出

该系列器件包含一个专为直接驱动功率 MOSFET 设计的单图腾柱输出级，能够提供高达 ±1.0A 的峰值驱动电流，在 1.0nF 负载下典型上升和下降时间为 50ns。当欠压锁定激活时，内部电路会使输出处于灌电流模式，无需外部下拉电阻。

设计考虑

电路布局

• 高频布局：避免在绕线或插件原型板上构建转换器，采用高频电路布局技术，防止脉冲宽度抖动。
• 接地设计：印刷电路板布局应包含接地平面，低电流信号和高电流开关及输出接地应通过单独路径返回输入滤波电容。
• 旁路电容：根据电路布局，可能需要在 (V{CC})、(V{C}) 和 (V_{ref}) 直接连接陶瓷旁路电容（0.1μF），以提供低阻抗路径过滤高频噪声。
• 高电流环路：所有高电流环路应尽可能短，使用粗铜走线以减少辐射 EMI。
• 元件位置：误差放大器补偿电路和转换器输出电压分压器应靠近 IC 放置，并远离功率开关和其他产生噪声的组件。

应用案例

文档中给出了 7W 离线反激式调节器和升压电荷泵转换器等应用案例，展示了该系列控制器在不同场景下的性能和应用方法。

总结

onsemi 的 UC3844B、UC3845B 系列高性能电流模式控制器具有丰富的特性和可靠的性能，适用于各种离线和 DC - DC 转换器应用。在设计过程中，工程师需要充分考虑其电气特性和工作原理，合理布局电路，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用这款控制器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。