高性能電流模式PWM控制器UC2842B/3B/4B/5B和UC3842B/3B/4B/5B的全面解析

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇合適的PWM控制器對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源設(shè)計(jì)至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一下STMicroelectronics推出的UC2842B/3B/4B/5B和UC3842B/3B/4B/5B系列高性能電流模式PWM控制器。

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一、產(chǎn)品概述

UC384xB系列控制IC為實(shí)現(xiàn)離線或DC - DC固定頻率電流模式控制方案提供了必要的特性，且所需外部元件數(shù)量極少。內(nèi)部集成了經(jīng)過(guò)微調(diào)的振蕩器，可實(shí)現(xiàn)精確的占空比控制；欠壓鎖定功能，啟動(dòng)電流小于0.5mA；精確的參考電壓，在誤差放大器輸入處進(jìn)行了精度微調(diào)；邏輯電路確保鎖存操作；PWM比較器提供電流限制控制；圖騰柱輸出級(jí)能夠提供或吸收高峰值電流，適合驅(qū)動(dòng)N溝道MOSFET，且在關(guān)斷狀態(tài)下輸出為低電平。

該系列不同成員之間的主要差異在于欠壓鎖定閾值和最大占空比范圍。UC3842B和UC3844B的欠壓鎖定閾值為16V（開(kāi)啟）和10V（關(guān)斷），非常適合離線應(yīng)用；UC3843B和UC3845B的相應(yīng)閾值為8.5V和7.9V。此外，UC3842B和UC3843B可實(shí)現(xiàn)接近100%的占空比，而UC3844B和UC3845B通過(guò)內(nèi)部觸發(fā)觸發(fā)器，每?jī)蓚€(gè)時(shí)鐘周期使輸出關(guān)斷一次，占空比范圍為0至小于50%。

二、產(chǎn)品特性

（一）振蕩器特性

1. 精確頻率控制：振蕩器經(jīng)過(guò)微調(diào)，可實(shí)現(xiàn)精確的頻率控制，保證在250kHz時(shí)頻率穩(wěn)定，且在25°C時(shí)，頻率范圍為49 - 55kHz（不同測(cè)試條件下），能夠在較寬的溫度和電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，頻率隨電壓變化率最大為1%，隨溫度變化率最大為1%。
2. 頻率調(diào)節(jié)范圍：通過(guò)連接電阻RT到Vref和電容CT到地，可以對(duì)振蕩器頻率和最大輸出占空比進(jìn)行編程，最高可實(shí)現(xiàn)500kHz的工作頻率。

   （二）電流模式控制特性

3. 自動(dòng)前饋補(bǔ)償：具備自動(dòng)前饋補(bǔ)償功能，能夠有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。
4. 逐周期電流限制：采用鎖存PWM實(shí)現(xiàn)逐周期電流限制，確保在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)對(duì)電流進(jìn)行精確控制，保護(hù)電路元件免受過(guò)大電流的損害。

   （三）參考電壓特性

5. 高精度輸出：內(nèi)部參考電壓經(jīng)過(guò)微調(diào)，在25°C、輸出電流為1mA時(shí)，輸出電壓為4.95 - 5.05V（UC284XB）和4.90 - 5.10V（UC384XB），在不同的線電壓、負(fù)載電流和溫度條件下，總輸出變化范圍為4.9 - 5.1V（UC284XB）和4.82 - 5.18V（UC384XB）。
6. 低噪聲和高穩(wěn)定性：輸出噪聲電壓在10Hz - 10kHz、25°C時(shí)最大為50μV，長(zhǎng)期穩(wěn)定性在125°C、1000小時(shí)條件下最大變化為25mV。

   （四）輸出特性

7. 高峰值電流驅(qū)動(dòng)能力：圖騰柱輸出級(jí)能夠提供或吸收高達(dá)1A的峰值電流，適合直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵極。
8. 快速開(kāi)關(guān)速度：上升時(shí)間和下降時(shí)間在25°C、負(fù)載電容為1nF時(shí)為50 - 150ns，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，減少開(kāi)關(guān)損耗。

   （五）欠壓鎖定特性

   具有帶遲滯的欠壓鎖定功能，不同型號(hào)的開(kāi)啟和關(guān)斷閾值不同，可有效防止電路在電源電壓不穩(wěn)定時(shí)出現(xiàn)誤動(dòng)作。

三、絕對(duì)最大額定值

在使用該系列控制器時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，以確保器件的安全可靠運(yùn)行。例如，電源電壓（低阻抗源）最大為30V，輸出電流最大為±1A，存儲(chǔ)溫度范圍為 - 65°C至150°C，結(jié)溫工作范圍為 - 40°C至150°C等。

四、引腳連接和功能

（一）引腳連接

該系列控制器有Minidip和SO8兩種封裝形式，引腳排列清晰。從頂部看，引腳1為VREF，引腳2為COMP，引腳3為VFB，引腳4為Vi，引腳5為OUTPUT，引腳6為ISENSE，引腳7為RT/CT，引腳8為GROUND。

（二）引腳功能

五、電氣特性

文檔中詳細(xì)給出了該系列控制器在不同參數(shù)下的電氣特性，包括參考電壓特性、振蕩器特性、誤差放大器特性、電流檢測(cè)特性、輸出特性、欠壓鎖定特性、PWM特性和總待機(jī)電流等。這些特性數(shù)據(jù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)，例如在進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)時(shí)，需要參考誤差放大器的增益、帶寬和輸出電流等參數(shù)；在選擇電源電壓和負(fù)載時(shí)，需要考慮參考電壓的穩(wěn)定性和輸出電壓的變化范圍。

六、應(yīng)用電路及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）開(kāi)環(huán)測(cè)試電路

開(kāi)環(huán)測(cè)試電路用于測(cè)試控制器的基本性能，在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意采用合適的接地技術(shù)，由于與電容負(fù)載相關(guān)的高峰值電流，定時(shí)和旁路電容應(yīng)靠近引腳5單點(diǎn)接地。同時(shí)，可通過(guò)晶體管和5KΩ電位器對(duì)振蕩器波形進(jìn)行采樣，并向引腳3施加可調(diào)斜坡。

（二）振蕩器參數(shù)設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)整定時(shí)電阻RT和電容CT的值，可以改變振蕩器的頻率和輸出占空比。從文檔中的圖表可以看出，不同的CT值下，RT與振蕩器頻率和最大輸出占空比之間存在一定的關(guān)系。例如，在CT = 3.3nF、25°C時(shí)，RT越大，最大輸出占空比越小。

（三）電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

電流檢測(cè)電路通過(guò)連接與電感電流成正比的電壓到引腳3，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的檢測(cè)和控制。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意選擇合適的增益和輸入信號(hào)范圍，以確保能夠準(zhǔn)確檢測(cè)電流并實(shí)現(xiàn)有效的電流限制。同時(shí)，可能需要添加一個(gè)小的RC濾波器來(lái)抑制開(kāi)關(guān)瞬變。

（四）誤差放大器補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)

誤差放大器補(bǔ)償電路用于穩(wěn)定電路的環(huán)路響應(yīng)，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能需要不同的補(bǔ)償電路。對(duì)于除連續(xù)電感電流工作的升壓和反激轉(zhuǎn)換器之外的任何電流模式拓?fù)?，可采用一種補(bǔ)償電路；對(duì)于連續(xù)電感電流工作的電流模式升壓和反激拓?fù)?，則需要采用另一種補(bǔ)償電路。

（五）其他應(yīng)用電路

文檔中還介紹了外部時(shí)鐘同步、外部占空比鉗位和多單元同步、軟啟動(dòng)電路等應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)方法。例如，在進(jìn)行外部時(shí)鐘同步時(shí)，如果同步幅度足夠大，需要使用二極管鉗位，以防止CT的底部電位低于地電位300mV以上。

七、機(jī)械尺寸

文檔提供了Minidip和SO8兩種封裝形式的詳細(xì)機(jī)械尺寸數(shù)據(jù)，包括各個(gè)引腳的間距、封裝的長(zhǎng)度、寬度和高度等，這些數(shù)據(jù)對(duì)于PCB布局和外殼設(shè)計(jì)非常重要，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的規(guī)劃，確保控制器能夠正確安裝和使用。

八、總結(jié)與思考

UC2842B/3B/4B/5B和UC3842B/3B/4B/5B系列高性能電流模式PWM控制器具有精確的頻率控制、高效的電流模式控制、穩(wěn)定的參考電壓和強(qiáng)大的輸出驅(qū)動(dòng)能力等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種離線和DC - DC電源設(shè)計(jì)應(yīng)用。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇控制器型號(hào)，仔細(xì)設(shè)計(jì)各個(gè)電路模塊，并充分考慮電氣特性和機(jī)械尺寸等因素。同時(shí)，在遇到問(wèn)題時(shí)，可以參考文檔中的圖表和數(shù)據(jù)，進(jìn)行深入的分析和調(diào)試。大家在使用該系列控制器時(shí)有遇到過(guò)什么特別的問(wèn)題嗎？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。