穩(wěn)壓電源PWM芯片UC3846的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

一、引言

在現(xiàn)代電子設(shè)備中，穩(wěn)壓電源作為重要的組成部分，其性能直接影響到設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。隨著電源技術(shù)的不斷進(jìn)步，脈寬調(diào)制（PWM）芯片在開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中扮演著越來(lái)越重要的角色。本文將以UC3846為例，詳細(xì)介紹這款PWM芯片在穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案。

二、UC3846芯片概述

1. 主控芯片型號(hào)及功能

UC3846是由Unitorde（現(xiàn)為德州儀器TI）公司推出的一款電流型PWM控制器芯片。該芯片具有雙端輸出，能夠直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率管或場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。其主要特點(diǎn)包括：

• 自動(dòng)前饋補(bǔ)償

• 可編程逐脈沖電流限制

• 推挽配置自動(dòng)對(duì)稱校正

• 模塊化電源系統(tǒng)的并行操作能力

• 增強(qiáng)負(fù)載響應(yīng)特性

• 寬共模范圍差分電流檢測(cè)器

• 雙脈沖抑制

• 500mA雙圖騰柱輸出

• 低電壓鎖存

• 軟啟動(dòng)

• 輸出關(guān)斷保護(hù)

• 工作頻率高達(dá)500kHz

2. 芯片引腳功能

UC3846芯片的引腳功能如下：

• 腳1：電流電平設(shè)置端

• 腳2：基準(zhǔn)電壓輸出端（5.1V）

• 腳3：電流檢測(cè)放大器反相輸入端

• 腳4：電流檢測(cè)放大器的同相輸入端

• 腳5：誤差放大器的同相輸入端

• 腳6：誤差放大器的反相輸入端

• 腳7：誤差放大器反饋補(bǔ)償

• 腳8：振蕩器的外接電容端口

• 腳9：振蕩器外接電阻端口

• 腳10：同步端口

• 腳11：PWM脈沖的A輸出端

• 腳12：地

• 腳13：集電極電源端

• 腳14：PWM脈沖的B輸出端口

• 腳15：控制電源輸入端

• 腳16：關(guān)閉端口

三、UC3846在設(shè)計(jì)中的作用

UC3846作為電流型PWM控制器，在穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中起到了至關(guān)重要的作用。以下是其具體作用的分析：

1. 電流和電壓雙閉環(huán)控制

UC3846采用了電壓和電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)變換器的幅頻特性由雙極點(diǎn)變?yōu)閱螛O點(diǎn)，提高了增益帶寬乘積，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓幅度大和良好的頻率響應(yīng)特性。這種控制方式使得穩(wěn)壓電源的輸出電壓更加穩(wěn)定，線性調(diào)整率精度更高。

2. 自動(dòng)前饋補(bǔ)償和增強(qiáng)負(fù)載響應(yīng)特性

UC3846具有自動(dòng)前饋補(bǔ)償功能，能夠根據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)整輸出脈寬，從而保持輸出電壓的穩(wěn)定。同時(shí)，其強(qiáng)大的帶載響應(yīng)特性使得電源在負(fù)載突變時(shí)能夠快速響應(yīng)，減少輸出電壓的波動(dòng)。

3. 軟啟動(dòng)和輸出關(guān)斷保護(hù)

UC3846具有軟啟動(dòng)功能，在電源啟動(dòng)時(shí)能夠減小開(kāi)關(guān)管的開(kāi)機(jī)損耗，保護(hù)開(kāi)關(guān)管不受損壞。同時(shí)，該芯片還具有輸出關(guān)斷保護(hù)功能，當(dāng)電源出現(xiàn)異常時(shí)能夠自動(dòng)關(guān)斷輸出，保護(hù)負(fù)載設(shè)備不受損害。

4. 可編程逐脈沖電流限制和過(guò)流保護(hù)

UC3846支持可編程逐脈沖電流限制功能，可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置電流限制值。當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)關(guān)斷輸出脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原邊電路的保護(hù)。此外，該芯片還具有過(guò)壓保護(hù)功能，當(dāng)輸入電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，同樣會(huì)關(guān)斷輸出脈沖，保護(hù)電源設(shè)備不受損害。

四、UC3846應(yīng)用電路設(shè)計(jì)與分析

1. 總體電路設(shè)計(jì)

基于UC3846的穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)如圖1所示。該電路主要由輸入濾波電路、PWM控制電路、輸出濾波電路和保護(hù)電路等組成。其中，PWM控制電路以UC3846為核心，通過(guò)電流和電壓雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

2. 輸入濾波電路設(shè)計(jì)

輸入濾波電路主要由輸入電感L1、輸入電容C1和C2等組成。其作用是對(duì)輸入電壓進(jìn)行濾波，減小輸入電壓的波動(dòng)和噪聲，保證PWM控制電路的穩(wěn)定工作。

3. PWM控制電路設(shè)計(jì)

PWM控制電路是穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的核心部分。該電路主要由UC3846芯片、電流檢測(cè)放大器、誤差放大器、振蕩器和輸出驅(qū)動(dòng)電路等組成。

• 電流檢測(cè)放大器：通過(guò)采樣電阻R29檢測(cè)原邊電流，并將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸入到UC3846的腳3和腳4。

• 誤差放大器：將輸出電壓通過(guò)分壓電阻R4、R5和R6分壓后得到的電壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓（2.5V）進(jìn)行比較，得到誤差信號(hào)輸入到UC3846的腳5和腳6。

• 振蕩器：通過(guò)外接電容C8和電阻R14設(shè)置工作頻率。UC3846的腳8和腳9分別外接電容和電阻，用于調(diào)整振蕩器的頻率和相位。

• 輸出驅(qū)動(dòng)電路：UC3846的腳11和腳14分別輸出PWM脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率管Q1和Q2的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

4. 輸出濾波電路設(shè)計(jì)

輸出濾波電路主要由輸出電感L2、輸出電容C3和C4等組成。其作用是對(duì)輸出電壓進(jìn)行濾波，減小輸出電壓的紋波和噪聲，提高輸出電壓的穩(wěn)定性和精度。

5. 保護(hù)電路設(shè)計(jì)

保護(hù)電路主要包括過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)壓保護(hù)電路和鎖機(jī)保護(hù)電路等。

• 過(guò)流保護(hù)電路：通過(guò)采樣電阻R29檢測(cè)原邊電流，當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，UC3846的腳4電壓升高，當(dāng)電壓高于0.9V時(shí)，芯片會(huì)關(guān)斷腳11和腳14的脈沖輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原邊電路的保護(hù)。

• 過(guò)壓保護(hù)電路：由穩(wěn)壓管Z2、電阻R36、R37和光耦P2等組成。當(dāng)輸出電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，穩(wěn)壓管Z2擊穿導(dǎo)通，通過(guò)光耦P2將信號(hào)反饋到UC3846的腳16，芯片會(huì)啟動(dòng)鎖機(jī)保護(hù)功能，關(guān)斷輸出脈沖。

• 鎖機(jī)保護(hù)電路：由光耦P1、電阻R7、電解電容EC1和晶體管Q1等組成。當(dāng)副邊沒(méi)有輸出時(shí)，光耦P1不工作，UC3846的腳16為高電平約4.4V，當(dāng)高于芯片內(nèi)部的0.35V時(shí)，芯片會(huì)啟動(dòng)鎖機(jī)保護(hù)功能。

五、UC3846應(yīng)用實(shí)例分析

以一款基于UC3846的交錯(cuò)并聯(lián)反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源為例，分析其在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。

1. 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

交錯(cuò)并聯(lián)反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。該電路主要由兩個(gè)反激式變換器并聯(lián)組成，通過(guò)UC3846芯片實(shí)現(xiàn)PWM控制。兩個(gè)變換器的輸出通過(guò)整流二極管D1和D2合并后輸出到負(fù)載。

2. 工作原理

當(dāng)UC3846芯片的VCC通電后，芯片開(kāi)始工作。由于軟啟動(dòng)功能的作用，芯片的腳11和腳14不會(huì)立即發(fā)出完全導(dǎo)通脈沖，而是逐漸上升。在雙管發(fā)出脈沖的間隔期有一個(gè)死區(qū)時(shí)間，防止雙管同時(shí)導(dǎo)通造成大電流炸管事件。

輸出電壓通過(guò)光耦P1反饋回原邊，再通過(guò)CE1、R7、Q1、D1組成一個(gè)鎖機(jī)保護(hù)環(huán)路。當(dāng)副邊沒(méi)有輸出時(shí)，P1、Q1不工作，芯片的腳16為高電平約4.4V，當(dāng)高于芯片內(nèi)部的0.35V時(shí)，芯片會(huì)啟動(dòng)鎖機(jī)保護(hù)功能。

3. 實(shí)驗(yàn)波形分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)波形可以觀察到UC3846在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。圖3為工作頻率波形圖，從圖中可以讀得工作頻率大概為142kHz，這個(gè)工作頻率由芯片的腳9外接設(shè)置。圖4為軟啟動(dòng)波形圖，展示了軟啟動(dòng)過(guò)程中脈沖電壓的逐漸上升過(guò)程。圖5和圖6為加消振電路前后的波形圖，通過(guò)消振電路可以有效抑制開(kāi)關(guān)管兩端的振蕩波形現(xiàn)象，保護(hù)開(kāi)關(guān)管不受損壞。

六、結(jié)論

UC3846作為一款功能強(qiáng)大的電流型PWM控制器芯片，在穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)本文的介紹和分析，可以看出UC3846具有自動(dòng)前饋補(bǔ)償、增強(qiáng)負(fù)載響應(yīng)特性、軟啟動(dòng)和輸出關(guān)斷保護(hù)等多種優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)和保護(hù)。同時(shí)，基于UC3846的交錯(cuò)并聯(lián)反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路具有元件少、體積小、設(shè)計(jì)巧妙等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。