UC3843是一款性能卓越的電流模式PWM控制器，專為離線式和DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用而優(yōu)化，其內(nèi)部集成了多項關(guān)鍵功能模塊，使得電源設(shè)計工程師能夠以最少的外圍元件實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源解決方案。本詳細(xì)介紹將深入探討UC3843的各個引腳功能及其典型電壓，并結(jié)合其內(nèi)部工作原理，全面解析其在開關(guān)電源設(shè)計中的重要作用。

UC3843概述與核心優(yōu)勢

UC3843是UC384x系列PWM控制器中的一員，該系列芯片憑借其電流模式控制的優(yōu)勢，在開關(guān)電源領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。與電壓模式控制相比，電流模式控制具有諸多優(yōu)點，例如逐周期限流、更快的瞬態(tài)響應(yīng)、簡化環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計以及固有的輸入電壓前饋補(bǔ)償?shù)取?/span>

UC3843尤其適用于需要更高占空比的應(yīng)用，因為它能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)100%的占空比控制。這使得它在一些特定的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，如正激、反激、升壓和降壓等，具有更大的設(shè)計靈活性。其內(nèi)部包含溫度補(bǔ)償?shù)木芑鶞?zhǔn)電壓源、可調(diào)振蕩器、高增益誤差放大器、電流傳感比較器和用于驅(qū)動功率MOSFET的大電流推挽輸出級。此外，它還集成了欠壓鎖定（UVLO）、死區(qū)時間可調(diào)、雙脈沖抑制以及逐周期電流限制等保護(hù)功能，極大地提升了電源系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

UC3843通常采用8引腳DIP（雙列直插式）或SOP（小外形封裝）封裝，這兩種封裝形式都易于在各種電路板上進(jìn)行安裝和焊接，滿足了不同應(yīng)用場景的需求。

UC3843引腳功能與電壓詳解

UC3843的8個引腳各司其職，共同協(xié)作以實現(xiàn)精確的PWM控制。以下將對每個引腳的功能、典型連接方式以及關(guān)鍵電壓特性進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1. COMP (補(bǔ)償引腳)

• 引腳功能： COMP引腳是內(nèi)部誤差放大器的輸出端。誤差放大器用于比較基準(zhǔn)電壓和反饋電壓，并生成一個誤差信號，該誤差信號隨后被送至PWM比較器，從而調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。通過在此引腳外部連接RC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（電阻和電容），可以對控制環(huán)路進(jìn)行頻率補(bǔ)償，以確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的動態(tài)響應(yīng)。

• 典型連接： 通常連接一個由電阻和電容組成的RC網(wǎng)絡(luò)到地或VREF引腳，用于補(bǔ)償誤差放大器的增益和相位，防止系統(tǒng)振蕩。RC網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計至關(guān)重要，它直接影響電源的瞬態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性和輸出紋波。

• 電壓特性： COMP引腳的電壓是誤差放大器的輸出電壓，它反映了輸出電壓與設(shè)定值之間的偏差。當(dāng)輸出電壓低于設(shè)定值時，COMP引腳電壓通常會升高，從而增加PWM脈沖寬度；反之，當(dāng)輸出電壓高于設(shè)定值時，COMP引腳電壓會降低，減小PWM脈沖寬度。其電壓范圍通常在0V到VREF電壓之間。例如，在正常工作狀態(tài)下，如果系統(tǒng)穩(wěn)定，COMP引腳電壓會保持在一個相對穩(wěn)定的值，例如約2V至4V之間，具體取決于負(fù)載和反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。

2. VFB (電壓反饋引腳)

• 引腳功能： VFB引腳是內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端。它是用于接收來自電源輸出端的反饋電壓。通過分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，將電源的輸出電壓按比例縮小后送入此引腳，與誤差放大器內(nèi)部的精密2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。

• 典型連接： 通常通過一個電阻分壓器連接到電源的輸出端。分壓器的上臂電阻和下臂電阻的比例決定了電源的輸出電壓。例如，若希望輸出12V電壓，且內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為2.5V，則分壓器需將12V分壓至2.5V。

• 電壓特性： 在正常穩(wěn)態(tài)工作時，VFB引腳的電壓將被精確地控制在2.5V。這是因為誤差放大器會持續(xù)調(diào)整其輸出（COMP引腳），直到VFB引腳的電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（2.5V）相等。如果VFB引腳電壓偏離2.5V，則表示輸出電壓發(fā)生變化，誤差放大器將進(jìn)行修正。

3. Current Sense (電流傳感引腳)

• 引腳功能： Current Sense引腳是內(nèi)部電流傳感比較器的輸入端。它通常連接到一個電流采樣電阻（R_sense）的兩端，該電阻串聯(lián)在功率開關(guān)器件（如MOSFET）的源極或發(fā)射極，用于檢測流過開關(guān)管的峰值電流。當(dāng)采樣電阻上的電壓（即電流信號）超過一定閾值時，PWM輸出脈沖將被立即關(guān)斷，從而實現(xiàn)逐周期電流限制，有效保護(hù)開關(guān)管和整個電源系統(tǒng)免受過流損壞。

• 典型連接： 連接到功率開關(guān)管的電流采樣電阻的電壓。

• 電壓特性： 在UC3843中，內(nèi)部電流傳感比較器的典型閾值電壓為1V。這意味著當(dāng)Current Sense引腳的電壓達(dá)到1V時，PWM輸出脈沖將被終止。因此，通過選擇合適的采樣電阻值，可以精確設(shè)定電源的最大輸出電流。例如，如果希望最大電流為5A，則采樣電阻應(yīng)為1V/5A=0.2Ω。該引腳的輸入電壓范圍通常在$-0.3V到6.3V之間，但在正常工作時應(yīng)保持在0V到1V$之間以實現(xiàn)電流限制。

4. RT/CT (振蕩器定時電阻/電容引腳)

• 引腳功能： RT/CT引腳用于連接外部定時電阻（RT）和定時電容（CT），以設(shè)置內(nèi)部振蕩器的工作頻率。振蕩器是PWM控制器的心臟，它產(chǎn)生鋸齒波，與誤差放大器和電流傳感比較器的輸出進(jìn)行比較，從而生成PWM控制脈沖。通過改變RT和CT的值，可以靈活調(diào)整開關(guān)電源的工作頻率。

• 典型連接： 一個電阻RT連接到VREF，一個電容CT連接到地。

• 電壓特性： RT/CT引腳的電壓是一個鋸齒波，其周期由RT和CT決定。鋸齒波的峰值電壓通常與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓相關(guān)，而谷值電壓接近地電位。其波形由內(nèi)部恒流源對電容CT充電和放電形成。通常，電容充電至約1.6V（UC3843的數(shù)據(jù)手冊通常會給出精確的振蕩器幅度電壓，例如1.6VP?P），然后通過內(nèi)部電路放電，再重復(fù)充電，形成周期性的鋸齒波。振蕩頻率通常在幾十kHz到幾百kHz之間，例如，UC3843的典型振蕩頻率約為52kHz。

5. GND (地引腳)

• 引腳功能： GND引腳是UC3843的參考地，所有內(nèi)部電路的零電位都以此為基準(zhǔn)。

• 典型連接： 連接到電路的公共地。

• 電壓特性： 理論上為0V。在實際電路中，為了避免噪聲干擾，特別是高頻開關(guān)噪聲對模擬電路的影響，通常建議采用星形接地的布局方式，將模擬地和功率地在一點匯合。

6. OUT (輸出引腳)

• 引腳功能： OUT引腳是UC3843的推挽式輸出級，用于直接驅(qū)動外部功率MOSFET的柵極。它能夠提供大電流的驅(qū)動能力（峰值驅(qū)動電流通常可達(dá)$pm1A$），以快速有效地開啟和關(guān)斷功率MOSFET，從而減少開關(guān)損耗。

• 典型連接： 通過一個小電阻（通常為幾歐姆到幾十歐姆）直接連接到功率MOSFET的柵極。這個柵極電阻有助于抑制柵極振蕩，并控制MOSFET的開關(guān)速度。

• 電壓特性： OUT引腳的輸出電壓在開通時接近VCC電壓（高電平），在關(guān)斷時接近GND電壓（低電平）。其電壓擺幅通常在0V到VCC之間。例如，當(dāng)VCC為15V時，OUT引腳的高電平輸出可以達(dá)到13.5V左右，低電平輸出可以低至0.08V（數(shù)據(jù)手冊典型值），這足以有效地驅(qū)動大多數(shù)功率MOSFET。

7. VCC (電源供電引腳)

• 引腳功能： VCC引腳是UC3843的電源供電引腳，為芯片內(nèi)部的所有功能模塊提供工作電壓。UC3843內(nèi)部集成了欠壓鎖定（UVLO）電路，以確保VCC電壓在安全范圍內(nèi)，防止芯片在供電不足時誤動作或損壞外部功率器件。

• 典型連接： 連接到外部供電電源，通常通過一個去耦電容并聯(lián)到地，以濾除電源噪聲并提供瞬時大電流。

• 電壓特性： UC3843的VCC工作電壓范圍通常在7.6V至30V之間。其**啟動電壓（UVLO On Threshold）典型值為8.5V，這意味著當(dāng)VCC電壓從低電平上升到8.5V時，芯片開始正常工作。其關(guān)斷電壓（UVLO Off Threshold）**典型值為7.9V，當(dāng)VCC電壓下降到7.9V以下時，芯片將停止工作。這種遲滯特性（8.5V啟動，7.9V關(guān)斷）可以有效防止芯片在電源電壓波動時反復(fù)啟停，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。在正常工作時，為了確保芯片穩(wěn)定運(yùn)行，VCC電壓通常會通過一個輔助繞組或外部穩(wěn)壓電路維持在12V至18V之間。

8. VREF (基準(zhǔn)電壓引腳)

• 引腳功能： VREF引腳提供一個內(nèi)部經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)木?span id="hgbmvkd8g7h3" class="strut" style="font-size: 14px; height: 0.6833em;">5V基準(zhǔn)電壓源。這個基準(zhǔn)電壓不僅用于內(nèi)部誤差放大器的正相輸入，還可作為外部電阻分壓器（VFB引腳）和振蕩器定時電阻（RT/CT引腳）的參考電壓，為整個控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓參考。

• 典型連接： 通常連接一個去耦電容（例如0.1μF到1μF）到地，以穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓并濾除高頻噪聲。該引腳的輸出能力有限，不應(yīng)直接驅(qū)動大負(fù)載。

• 電壓特性： VREF引腳在正常工作時輸出穩(wěn)定的5V電壓，其精度通常在$pm1%$以內(nèi)。該電壓是芯片內(nèi)部所有模擬電路的基準(zhǔn)，對電源輸出的精度有著決定性的影響。

UC3843內(nèi)部框圖與工作原理

理解UC3843的引腳功能和電壓特性，需要結(jié)合其內(nèi)部框圖和工作原理。UC3843的核心是一個電流模式PWM控制器，其內(nèi)部主要由以下幾個模塊組成：

1. 振蕩器 (Oscillator)

振蕩器由外部的RT和CT元件決定其工作頻率。它產(chǎn)生一個周期性的鋸齒波電壓，作為PWM比較器的參考波形。UC3843的振蕩器設(shè)計經(jīng)過微調(diào)，能夠提供精確的占空比控制。同時，它還內(nèi)置了死區(qū)時間控制，確保在PWM脈沖之間存在一個最小的非導(dǎo)通時間，防止功率開關(guān)管同時導(dǎo)通造成短路。

2. 誤差放大器 (Error Amplifier)

誤差放大器是一個高增益的運(yùn)算放大器，其同相輸入端連接到內(nèi)部2.5V精密基準(zhǔn)電壓，反相輸入端連接到VFB引腳。它將VFB引腳的反饋電壓與2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并輸出一個誤差電壓到COMP引腳。這個誤差電壓反映了電源輸出電壓與設(shè)定值之間的偏差，是調(diào)節(jié)PWM脈沖寬度的關(guān)鍵信號。該放大器具有高開環(huán)增益，通常可達(dá)80dB以上，確保了高精度的電壓調(diào)節(jié)。

3. 電流傳感比較器 (Current Sense Comparator)

電流傳感比較器是一個高速比較器，其一個輸入端連接到Current Sense引腳（來自電流采樣電阻的電壓），另一個輸入端連接到誤差放大器的輸出（COMP引腳）。當(dāng)Current Sense引腳的電壓（代表峰值電流）達(dá)到由COMP引腳電壓設(shè)定的閾值時，電流傳感比較器會立即輸出一個信號，終止當(dāng)前的PWM輸出脈沖。這實現(xiàn)了逐周期電流限制，有效保護(hù)開關(guān)管在發(fā)生過載或短路時不受損壞。

4. PWM鎖存器 (PWM Latch)

PWM鎖存器接收振蕩器的鋸齒波、電流傳感比較器的輸出以及誤差放大器的輸出信號。它根據(jù)這些信號生成最終的PWM脈沖。在每個振蕩周期開始時，鎖存器被置位，OUT引腳變?yōu)楦唠娖?，開啟功率MOSFET。當(dāng)電流傳感比較器檢測到峰值電流達(dá)到限制閾值，或當(dāng)誤差放大器輸出決定脈沖結(jié)束時，鎖存器被復(fù)位，OUT引腳變?yōu)榈碗娖?，關(guān)斷功率MOSFET。

5. 圖騰柱輸出級 (Totem Pole Output Stage)

圖騰柱輸出級是一個大電流推挽式驅(qū)動電路，連接到OUT引腳。它能夠快速地對功率MOSFET的柵極電容進(jìn)行充電和放電，提供高峰值的驅(qū)動電流（例如$pm1A$）。這確保了功率MOSFET的快速開關(guān)，從而減少了開關(guān)損耗，提高了電源效率。

6. 欠壓鎖定 (Undervoltage Lockout - UVLO)

UVLO電路監(jiān)測VCC引腳的電壓。當(dāng)VCC電壓低于啟動閾值時，UVLO電路會禁用芯片的所有功能，確保在電源電壓不穩(wěn)定或不足時芯片不會誤動作。一旦VCC電壓上升到啟動閾值以上，芯片就會開始正常工作。UVLO還具有遲滯功能，避免了在VCC電壓在閾值附近波動時芯片反復(fù)啟停。

7. 精密基準(zhǔn)電壓源 (Precision Reference)

UC3843內(nèi)部集成了一個高精度、溫度補(bǔ)償?shù)?span id="hgbmvkd8g7h3" class="strut" style="font-size: 14px; height: 0.6833em;">5V基準(zhǔn)電壓源，通過VREF引腳輸出。這個基準(zhǔn)電壓是芯片內(nèi)部所有模擬電路的參考，保證了電源輸出電壓的穩(wěn)定性和精度。

UC3843典型應(yīng)用與設(shè)計考量

UC3843作為一款經(jīng)典的電流模式PWM控制器，廣泛應(yīng)用于各種開關(guān)電源中，例如：

• 反激式轉(zhuǎn)換器 (Flyback Converters)： 由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，常用于小功率AC/DC適配器和輔助電源。UC3843的100%占空比能力在某些反激設(shè)計中具有優(yōu)勢。

• 正激式轉(zhuǎn)換器 (Forward Converters)： 用于中高功率DC/DC轉(zhuǎn)換器，通常需要外部復(fù)位電路。

• 升壓轉(zhuǎn)換器 (Boost Converters)： 將較低的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為較高的直流輸出電壓。

• 降壓轉(zhuǎn)換器 (Buck Converters)： 將較高的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的直流輸出電壓。

• LED驅(qū)動電源： 通過精確的電流控制，實現(xiàn)高效率的LED驅(qū)動。

在設(shè)計基于UC3843的電源系統(tǒng)時，需要考慮以下關(guān)鍵因素：

1. 頻率設(shè)定

通過RT和CT的選擇來設(shè)定開關(guān)頻率。高頻率可以減小變壓器和電感器的尺寸，但會增加開關(guān)損耗。通常，RT/CT的經(jīng)驗公式為：fosc=RT?CT1.72其中$f_{osc}$為振蕩頻率，RT單位為$kOmega$，CT單位為nF。

2. 逐周期電流限制

通過選擇合適的電流采樣電阻R_sense來設(shè)定最大峰值電流。當(dāng)電流采樣電阻上的電壓達(dá)到1V時，PWM脈沖將被截斷。因此，峰值電流限制值 Ipeak(max) 為：Ipeak(max)=Rsense1V需要注意的是，這里的$I_{peak(max)}$是開關(guān)管的峰值電流，實際輸出電流會根據(jù)電源拓?fù)浜痛判栽膬δ芴匦杂兴煌?/span>

3. 輸出電壓調(diào)節(jié)

通過調(diào)整VFB引腳的分壓電阻R1和R2來設(shè)定輸出電壓。輸出電壓 Vout 的公式為：Vout=VREF?(1+R2R1)其中$V_{REF}$為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓$2.5V$。

4. 環(huán)路補(bǔ)償

COMP引腳的RC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是確保電源穩(wěn)定性的關(guān)鍵。一個良好設(shè)計的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以保證在負(fù)載變化時，輸出電壓能夠快速且無振蕩地恢復(fù)到設(shè)定值。通常需要進(jìn)行波特圖分析來確定合適的R和C值。

5. 啟動電路與VCC供電

UC3843的啟動電流非常?。ㄍǔＰ∮?span id="hgbmvkd8g7h3" class="strut" style="font-size: 14px; height: 0.6833em;">0.5mA），這使得它可以使用簡單的電阻分壓器從高壓輸入端獲取啟動電源。一旦電源開始工作，通常會通過變壓器的一個輔助繞組為VCC提供穩(wěn)定的工作電壓，以降低啟動電阻上的功耗，并確保VCC電壓在UVLO啟動閾值之上。

6. 布局考量

為了最大限度地減少噪聲和寄生效應(yīng)，PCB布局至關(guān)重要。例如，電流采樣回路應(yīng)盡可能短，VCC和VREF引腳的去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片，功率回路和信號回路應(yīng)分開布線等。

UC3843與同系列芯片的對比

UC384x系列芯片中，除了UC3843外，還有UC3842、UC3844和UC3845等型號。它們在功能上高度相似，但在一些關(guān)鍵特性上有所區(qū)別，主要體現(xiàn)在UVLO閾值和最大占空比上。

• UC3842： UVLO啟動閾值為16V，關(guān)斷閾值為10V。最大占空比為100%。常用于需要較高啟動電壓的應(yīng)用。

• UC3843： UVLO啟動閾值為8.5V，關(guān)斷閾值為7.9V。最大占空比為100%。適用于較低啟動電壓的應(yīng)用，如直接從12V或24V直流母線供電的DC-DC轉(zhuǎn)換器。

• UC3844： UVLO啟動閾值為16V，關(guān)斷閾值為10V。最大占空比為50%。適用于半橋、全橋等對稱驅(qū)動的電源拓?fù)洹?/span>

• UC3845： UVLO啟動閾值為8.5V，關(guān)斷閾值為7.9V。最大占空比為50%。同樣適用于需要50%最大占空比且啟動電壓較低的應(yīng)用。

了解這些差異對于選擇合適的UC384x系列芯片至關(guān)重要，它取決于具體的電源拓?fù)?、輸入電壓范圍和設(shè)計要求。

總結(jié)

UC3843作為一款經(jīng)典的電流模式PWM控制器，憑借其集成度高、功能全面、性能穩(wěn)定和易于使用的特點，在電力電子領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。通過對其引腳功能、典型電壓以及內(nèi)部工作原理的深入解析，我們可以更好地理解其在開關(guān)電源系統(tǒng)中的作用。從電壓反饋到電流限制，從振蕩器定時到柵極驅(qū)動，UC3843的每個引腳都承載著關(guān)鍵的任務(wù)，共同協(xié)作實現(xiàn)高效、可靠的電源管理。掌握UC3843的設(shè)計與應(yīng)用細(xì)節(jié)，對于電源工程師來說，無疑是構(gòu)建高性能開關(guān)電源系統(tǒng)的基石。在未來的電源設(shè)計中，UC3843及其衍生產(chǎn)品仍將是重要的選擇之一。