稳压电源PWM芯片UC3846的应用设计方案

一、引言

在现代电子设备中，稳压电源作为重要的组成部分，其性能直接影响到设备的稳定性和可靠性。随着电源技术的不断进步，脉宽调制（PWM）芯片在开关电源的设计中扮演着越来越重要的角色。本文将以UC3846为例，详细介绍这款PWM芯片在稳压电源中的应用设计方案。

二、UC3846芯片概述

1. 主控芯片型号及功能

UC3846是由Unitorde（现为德州仪器TI）公司推出的一款电流型PWM控制器芯片。该芯片具有双端输出，能够直接驱动双极型功率管或场效应管（MOSFET）。其主要特点包括：

• 自动前馈补偿

• 可编程逐脉冲电流限制

• 推挽配置自动对称校正

• 模块化电源系统的并行操作能力

• 增强负载响应特性

• 宽共模范围差分电流检测器

• 双脉冲抑制

• 500mA双图腾柱输出

• 低电压锁存

• 软启动

• 输出关断保护

• 工作频率高达500kHz

2. 芯片引脚功能

UC3846芯片的引脚功能如下：

• 脚1：电流电平设置端

• 脚2：基准电压输出端（5.1V）

• 脚3：电流检测放大器反相输入端

• 脚4：电流检测放大器的同相输入端

• 脚5：误差放大器的同相输入端

• 脚6：误差放大器的反相输入端

• 脚7：误差放大器反馈补偿

• 脚8：振荡器的外接电容端口

• 脚9：振荡器外接电阻端口

• 脚10：同步端口

• 脚11：PWM脉冲的A输出端

• 脚12：地

• 脚13：集电极电源端

• 脚14：PWM脉冲的B输出端口

• 脚15：控制电源输入端

• 脚16：关闭端口

三、UC3846在设计中的作用

UC3846作为电流型PWM控制器，在稳压电源设计中起到了至关重要的作用。以下是其具体作用的分析：

1. 电流和电压双闭环控制

UC3846采用了电压和电流双闭环控制系统，通过变换器的幅频特性由双极点变为单极点，提高了增益带宽乘积，从而实现了稳压幅度大和良好的频率响应特性。这种控制方式使得稳压电源的输出电压更加稳定，线性调整率精度更高。

2. 自动前馈补偿和增强负载响应特性

UC3846具有自动前馈补偿功能，能够根据负载的变化自动调整输出脉宽，从而保持输出电压的稳定。同时，其强大的带载响应特性使得电源在负载突变时能够快速响应，减少输出电压的波动。

3. 软启动和输出关断保护

UC3846具有软启动功能，在电源启动时能够减小开关管的开机损耗，保护开关管不受损坏。同时，该芯片还具有输出关断保护功能，当电源出现异常时能够自动关断输出，保护负载设备不受损害。

4. 可编程逐脉冲电流限制和过流保护

UC3846支持可编程逐脉冲电流限制功能，可以根据实际需求设置电流限制值。当电流超过设定值时，芯片会自动关断输出脉冲，从而实现对原边电路的保护。此外，该芯片还具有过压保护功能，当输入电压超过设定值时，同样会关断输出脉冲，保护电源设备不受损害。

四、UC3846应用电路设计与分析

1. 总体电路设计

基于UC3846的稳压电源电路设计如图1所示。该电路主要由输入滤波电路、PWM控制电路、输出滤波电路和保护电路等组成。其中，PWM控制电路以UC3846为核心，通过电流和电压双闭环控制实现对输出电压的稳定调节。

2. 输入滤波电路设计

输入滤波电路主要由输入电感L1、输入电容C1和C2等组成。其作用是对输入电压进行滤波，减小输入电压的波动和噪声，保证PWM控制电路的稳定工作。

3. PWM控制电路设计

PWM控制电路是稳压电源设计的核心部分。该电路主要由UC3846芯片、电流检测放大器、误差放大器、振荡器和输出驱动电路等组成。

• 电流检测放大器：通过采样电阻R29检测原边电流，并将电流信号转换为电压信号输入到UC3846的脚3和脚4。

• 误差放大器：将输出电压通过分压电阻R4、R5和R6分压后得到的电压信号与基准电压（2.5V）进行比较，得到误差信号输入到UC3846的脚5和脚6。

• 振荡器：通过外接电容C8和电阻R14设置工作频率。UC3846的脚8和脚9分别外接电容和电阻，用于调整振荡器的频率和相位。

• 输出驱动电路：UC3846的脚11和脚14分别输出PWM脉冲信号，驱动功率管Q1和Q2的开关动作。

4. 输出滤波电路设计

输出滤波电路主要由输出电感L2、输出电容C3和C4等组成。其作用是对输出电压进行滤波，减小输出电压的纹波和噪声，提高输出电压的稳定性和精度。

5. 保护电路设计

保护电路主要包括过流保护电路、过压保护电路和锁机保护电路等。

• 过流保护电路：通过采样电阻R29检测原边电流，当电流超过设定值时，UC3846的脚4电压升高，当电压高于0.9V时，芯片会关断脚11和脚14的脉冲输出，从而实现对原边电路的保护。

• 过压保护电路：由稳压管Z2、电阻R36、R37和光耦P2等组成。当输出电压超过设定值时，稳压管Z2击穿导通，通过光耦P2将信号反馈到UC3846的脚16，芯片会启动锁机保护功能，关断输出脉冲。

• 锁机保护电路：由光耦P1、电阻R7、电解电容EC1和晶体管Q1等组成。当副边没有输出时，光耦P1不工作，UC3846的脚16为高电平约4.4V，当高于芯片内部的0.35V时，芯片会启动锁机保护功能。

五、UC3846应用实例分析

以一款基于UC3846的交错并联反激式开关稳压电源为例，分析其在实际应用中的性能表现。

1. 电路拓扑结构

交错并联反激式开关稳压电源的电路拓扑结构如图2所示。该电路主要由两个反激式变换器并联组成，通过UC3846芯片实现PWM控制。两个变换器的输出通过整流二极管D1和D2合并后输出到负载。

2. 工作原理

当UC3846芯片的VCC通电后，芯片开始工作。由于软启动功能的作用，芯片的脚11和脚14不会立即发出完全导通脉冲，而是逐渐上升。在双管发出脉冲的间隔期有一个死区时间，防止双管同时导通造成大电流炸管事件。

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。当副边没有输出时，P1、Q1不工作，芯片的脚16为高电平约4.4V，当高于芯片内部的0.35V时，芯片会启动锁机保护功能。

3. 实验波形分析

通过实验波形可以观察到UC3846在实际应用中的性能表现。图3为工作频率波形图，从图中可以读得工作频率大概为142kHz，这个工作频率由芯片的脚9外接设置。图4为软启动波形图，展示了软启动过程中脉冲电压的逐渐上升过程。图5和图6为加消振电路前后的波形图，通过消振电路可以有效抑制开关管两端的振荡波形现象，保护开关管不受损坏。

六、结论

UC3846作为一款功能强大的电流型PWM控制器芯片，在稳压电源设计中具有广泛的应用前景。通过本文的介绍和分析，可以看出UC3846具有自动前馈补偿、增强负载响应特性、软启动和输出关断保护等多种优点，能够实现对输出电压的稳定调节和保护。同时，基于UC3846的交错并联反激式开关稳压电源电路具有元件少、体积小、设计巧妙等优点，在实际应用中取得了良好的效果。