UC3846的应用

�� 江苏电器 (2008 No.8) 作者简介：张忠(1981- )，男，硕士研究生，研究方向为电器可靠性设计。 0 引言 在各类精密仪器飞速发展的时代，具有高效 率，高可靠性的电源作为其后盾显得十分重要。低 成本、小型化、轻便化、高效率、高可靠性是开关 电源发展的趋势，随着电源技术的飞速发展，脉宽 调制(PWM)芯片在开关电源的设计中起到了很重要 的作用[1]。文中介绍了Unitorde公司生产的电流脉 宽调制芯片UC3846，着重论述了UC3846在交错并联 反激式开关稳压电源中的应用，并对电路进行了具 体的分析。用这种芯片装配的稳压电源对各类精密 仪器有较好的通用性。 1 脉宽调制芯片UC3846的功能介绍 UC3846 是 Unitorde 公司推出的电流脉宽调 制芯片，该调制芯片双端输出，能直接驱动双极 型功率管或场效应管 (MOSFET)，其主要优点是 稳压电源PWM芯片UC3846的应用 张忠，肖风云 (华南理工大学 广州汽车学院，广东 广州 510800) Abstract: Introduction was made to current pulse width modulation chip UC�8�6, describing the application of UC�8�6 in cross paral- lel connection reverse activation voltage stablized power source and analysis was made to its actual circuit. There is better universal usability to adopt UC�8�6 chip assembled voltage stabized power source to various kind of accurate instrument. Key words: accurate; UC�8�6 chip; reverse activation; switch voltage-stablized circuit ZHANG Zhong, XIAO Feng-yun （Guangzhou Auto College, South China University of Technology, Guangzhou ��0800, China） Application of Voltage-Stabilized Power Source Pulse Width Modulation Chip UC3846 功能齐全，自动前馈补偿，强大的带载响应特 性，欠压保护，软起动，终端锁机保护。外围控 制电路简单，工作频率高达 500 kHZ。它适合于工 频变压器的 100～300 W 的稳压电源，其工作温度 为 -65～150℃，最高的输入电压为 40 V，有自我 保护功能。其内部的结构框图如图 1所示。 摘 要：介绍了电流脉宽调制芯片 UC3846，论述了 UC3846 在交错并联反激开关稳压电源中的应用， 设计了反激开关稳压电源电路，并对其电路进行了具体的分析。采用 UC3846 芯片装配的稳压电源对各 类精密仪器有较好的通用性。 关键词： 精密；UC3846 芯片；反激；开关稳压电路 中图分类号：TM44 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2008)08-0044-04 图1 UC3846芯片内部结构 稳压电源PWM芯片UC3846的应用 VIN SYNC RT CT C/S- C/S+ NI COMP INV 5.1 V 基准源 振荡器 - + X3 + - + - E/A R S 比较器 Q T Q 欠压锁定 ≥1 ≥1 - + 350mV 6 kΩ 0.5mA 0.5V + F/F VREF VC A B GND 电流 限制端 关闭 输入端 ≥1 15 10 9 8 3 4 5 6 7 2 13 11 12 14 1 16 R Q �� 江苏电器 (2008 No.8) 2 UC3846芯片的应用电路设计与具体分析 开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电 流控制型，前者是一个单闭环电压控制系统，系统 响应慢，很难达到较高的线性调整率精度；后者是 一个电压、电流双闭环控制系统，变换器的幅频特 性由双极点变成单极点，因此增益带宽乘积得到了 提高，稳定幅度大，具有良好的频率响应特性 [2-4]。 UC3846 是一种电流型脉宽调制器，其应用电路图 如图 2所示。 图2 应用电路图 2.1 芯片软起动 VCC 通电，芯片开始工作，但芯片的 11 和 14 脉冲输出脚不会立即发出 10 V 左右的完全导通脉 冲。因为它受到1脚的限制，VCC通电，2脚输出5.1 V 的基准电压，通过R12 给C3 充电，使 1脚的电压缓 慢上升，同时 11 脚和 14 脚的脉冲电压开始上升， 脉冲的电压和 VCC 比较接近，脉冲逐渐变宽如图 3 所示，其中 ch1、ch2 电压，5 V/格；时间，1 ms/格。 软起动的作用是减小开关管的开机损耗。 芯片正常工作时的双管脉冲输出波形如图 4 所示，其中 ch1、ch2 电压，5 V/格；时间，4μs/ 格。 从图 4 中可以读得工作频率大概为 142 kHz，这个 工作频率由芯片的 9 脚外接设置。在双管发出脉 冲的间隔期有一个死区时间，这个死区时间使得 双管不可能同时导通，从而不会发生大电流炸管 事件。 图3 软起动波形 图4 双管脉冲输出波形 t/ms u/ V 1脚电压波形 脉冲输出波形 ch1-黑色 ch2-浅灰色 0 16.8 t/μs ch1-黑色 ch2-浅灰色 u/ V 142kHz 14脚脉冲输出波形 16.3 15.9 11脚脉冲输出波形 0 稳压电源PWM芯片UC3846的应用 R1 R2 R4 24 V C1 R6R5 IC1 P1 Q1 R7 R8C2 D1 + CE1 R10 C6R9 C3R11 R12 R13 R32 R15 R16 Q2 R17 R14 R18C7 C4 C/S Vref C/S- C/S+ E/A+ E/A- COMP Ct 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 U C 38 46 芯 片 VIN B OUT VC GND A OUT SYNO RT +CE2 R20 VCC R19 R27 R28 R25 R21 R22 C8 Q3 R26 R24 R23 R29 Z1 Q4 Q6 1 2 T3A Q5 T2A D2 D3 R30 R31 C12 PFC 400 V T2A D4 C9 R33 +CE3 24 V T3A D5 C10 R34 +CE4 D6 R37 VCC 24 V R35Z2C11 R36 P2 C5 R3 �6 江苏电器 (2008 No.8) 2.2 消振回路 当开关管、副边快恢复二极管开通和关断时， 开关管、副边快恢复二极管两端都会出现很大的正 向和反向振荡波形 [5]。由 D2、D3 以及R30、R31、C12 组成的消振衰减电路保护原边的开关管，可有效抑 制这种振荡波形现象，加消振电路前后的波形图如 图 5所示，其中 ch1、ch2 电压，100 V/ 格；时间， 4μs/ 格。从图 5中可以清楚的看到，加消振电路 前后的开关管，它们的工作平台都在 485 V 左右， 但是由变压器漏感引起的尖峰相差很大，未加消振 电路的原边开关管上电压振荡剧烈，这种波形很 容易造成开关管的二次击穿。由C9、C10 和R33、R34 组成的消振衰减电路保护副边快恢复二极管，加消 振电路前后的波形图如图 6 所示，其中 ch1、ch2 电压，50 V/ 格；时间，4μs/ 格。从图 6 中可以 清楚的看到，加消振电路前后两只开关管上的尖峰 电压有很大差别，未加消振电路很容易造成二极管 的二次击穿。 2.3 原边过流保护电路 原边过流可通过芯片的 4脚来控制。当原边电 流增加时，采样电阻R29 上的电压也相应增加 ,若 4 脚电压高于 0.9 V 时，就会关断 11 脚和 14 脚的 脉冲输出，从而起到对原边电路的保护作用。开关 管源漏极之间的电压波形和通过开关管的电流波形 图如图 7所示，其中ch1电压，100 V/格；ch2 电压， 200 mV/格；时间，4μs/格。 　　 　　 　　 　　 　　 　　 2.4 锁机电路 输出电压通过光耦 P1 反馈回原边，再通过CE1、 R7、Q1、D1 组成一个锁机保护环路。5.1 V 电压通过 R7 给充电，正常工作时，副边有反馈，使光耦 P1 的原边有电流通过，Q1 导通，使CE1 的电压被释放， 此时芯片的 16 脚为低电平；相反，当副边没有输 出时，P1、Q1 不工作，芯片的 16脚为高电平约 4.4 V, 当高于芯片内部的 0.35 V 时，芯片就会启动锁机 保护功能。 2.5 功率因数校正器(PFC)欠、过压保护电路 此应用电路采用了欠压保护功能，由R9、R10、 R32、R17、R15、R16、Q2、P1 组成。由 UC3846 芯片的 内部结构图可以看到，芯片的 5、6脚是比较器的 输入脚，7脚是这个比较器的输出脚，当 PFC 电压 低于一定值时，7脚无电压输出，Q1 不工作，此时 CE1 上的电压会把 16脚的电平抬高，出现锁机状态， PFC 的启动电压是通过R9、R10 的阻值之比来控制。 当芯片开始工作时，7脚有电压输出，Q2 开始工作， 6 脚的电压发生变化，通过R32、R17 的阻值之比来 控制芯片工作后 PFC 的下限工作电压，这样就可以 防止大功率负载启动瞬间输出不稳的现象。同时， 芯片的 5、6脚也可以起到过压保护的功能，具体 是把图 2 中芯片的 5、6 脚的接线互换，去掉 Q2、 R32、R15、R16，通过R9、R10 的阻值之比来控制 PFC 的上限电压，超过这个上限电压，7脚无输出，从 图6 副边二极管消振前后波形 图7 原边开关管电压电流波形 图5 原边开关消振前后波形 t/μs u/ V 加消振的波形 -119 未加消振的波形 -141 -161 -116 ch1-黑色 ch2-浅灰色 0 0 t/μs u/ V u/ m V 电压波形 电流波形 490 ch1-黑色 ch2-浅灰色 0 0 稳压电源PWM芯片UC3846的应用 t/μs u/ V 486 488 718 加消振的波形 未加消振 的波形 574 ch1-黑色 ch2-浅灰色 0 0 �� 江苏电器 (2008 No.8) 而出现锁机状态。 2.6 反馈电路 输出电压Uo(24 V) 经R4 和R5、R6 分压后的电 压U ＇o=Uo［R ＇ 5/(R ＇ 5+R4)］,R ＇ 5=R5R6/(R5+R6), 将其 输入误差放大器的反相端 ,通过与误差放大器同相 端的输入基准电压 (2.5 V) 比较，通过光耦反馈回 原边，从而控制占空比。若输出电压偏高，则减小 导通占空比使输出减小；若输出电压偏低，则增加 导通占空比使输出增大，依此实现输出的反馈控制。 达到平衡时U ＇o ≈2.5 V, 根据输出的电压就可以计 算R4、R5 和R6 的值。 2.7 输出过压保护电路 输出过压保护电路由 Z2、R36、P2、R37、D6 组成。 在电路中可能由于某些意外的元器件失效导致控制 回路出现开环状态，就会出现电压快速升高现象， 此时需要有保护电路关断输出。通过选择保护电压 的范围来选择稳压管的稳压值。保护电压为稳压管 电压加上光耦的导通电压，其中，光耦导通电压大 约为 1 V。在光耦的另一端接一个几百欧姆的电阻 和二极管，电阻的作用是当输出端有干扰，通过光 耦返回到原边，可能会引起误动作，使用电阻就可 以避免这一情况的发生，起隔离作用；二极管的作 用是隔离另一路保护动作传递到光耦 P2 端，避免 两种保护互相干扰。 2.8 减小开关管损耗电路 由Q3、R26保护Q5，Q4、R23保护Q6。当芯片的11 脚发出脉冲时，Q3不导通，Q5导通，工作约3μs 后，11脚变低电平，快速关断Q5，导通Q3，Q5栅极 的电压快速放掉。因为高频电路大部分损耗是来自 开关管的开关损耗(主要是关断损耗)[6]。通过使用 快速放电电路，减少了关断损耗，并调整开通电路 上的电阻以减少开通损耗。如图7所示可以看到电 压和电流交叉的时间很短，有效地减少了开关损 耗。 3 结语 UC3846芯片是一种应用灵活、性能优良的功率 集成电路。采用UC3846芯片的交错并联反激式开关 稳压电源电路在稳压电源中快速得到了应用。该电 路元件少，体积小，设计巧妙，实际使用效果较 好，因此具有广阔的应用前景。 参考文献 [1] Abraham I P.Switching Power Supply Design[M]. 第 2版 .北京：电子工业出版社，2005． [2] 王兆安，黄俊 .电力电子技术 [M]. 第 4版 .北京： 机械工业出版社，2001． [3] 杨旭，裴云庆，王兆安 .开关电源技术 [M]. 北京： 机械工业出版社，2004． [4] 王大平，傅敏江 . 开关稳压电源 [M]. 西安：西安 电子科技大学出版社，1997． [5] 周志敏，周纪海 .开关电源实用技术－设计与应用 [M]. 北京：人民邮电出版社，2004． [6] 张占松，蔡宣三 .开关稳压电源的原理与设计 [M]. 北京：电子工业出版社，2000． 收稿日期：2008-03-11 稳压电源PWM芯片UC3846的应用 欢迎订阅2008年《江苏电器》杂志 国内邮发代号：28-184 国外发行代号：4905BM 订阅《江苏电器》杂志请到当地邮局 每期5元 每年12期 全年60元(RMB) 如错过订期请与编辑部联系 联系电话：0512-68099733 E-mail:jsdq@eeti.com.cn