有关UC3842芯片输出PWM波形不连续以及PWM频率与RT和CT上的锯齿波频率不一样问题的调试心得记录

最近在调试基于UC3842芯片的BUCK降压电源,该BUCK电路使用非同步整流拓扑,高端的MOS管驱动使用的是自行使用分立器件搭建的自举升压驱动电路。具体电路图如下所示:
主功率部分:
有关UC3842芯片输出PWM波形不连续以及PWM频率与RT和CT上的锯齿波频率不一样问题的调试心得记录_第1张图片
控制部分电路:
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在调试过程中遇到如下问题:
①MOSFET自举驱动的下降沿特别缓慢,通过江电路中电容C39和C37调大至3.3nF得以解决,目前驱动波形的上升沿和下降沿均在100ns以内,符合需求。但是目前还存在一个问题,就是输出的高电平时间与UC3842直接输出的PWM波形的高电平时间不完全一致,自举电路输出的高电平时间略微长一点,不过此问题影响不大就没再去深入解决。在工程中,如果不是成本等条件制约,仍特别推荐使用现成的MOSFET集成电路芯片,自己搭建的驱动电路基本能用,但是效果不是特别好,例如还有上升下降沿的速度与发热之间的权衡,例如使用较小的电阻可以获得更快的边沿,但是发热非常严重。
②环路不稳定,导致UC3842输出的PWM波形有大小波现象,就是PWM的占空比从极小到极大在震荡变化,虽然MOS管能正常驱动输出电压正常,并且可以带负载(例如输出10A的电流也没有问题),但是电感会有响声。其原因就是电感电流不稳定,其中有着低于20khz的波动分量。

针对问题②,本人调试了将近一整天。首先调节环路补偿参数和电流采样的各个参数以及斜坡补偿,均发现问题没有被解决。后来又将UC3842内部的误差放大器屏蔽掉了,使用外面连接一个LM358作为环路误差放大器,发现现象仍然一样,未果。最后发现问题,还是UC3842这个芯片本身用起来不友好导致的:
有关UC3842芯片输出PWM波形不连续以及PWM频率与RT和CT上的锯齿波频率不一样问题的调试心得记录_第3张图片

如上面的图片,该芯片产生波形的过程是comp引脚的电压与电流采样端进行比较产生的。如果电流采样的幅度值较小,或者出问题,那么输出的PWM波形就会不正常,例如输出的PWM频率小于RT和CT计算得到的开关频率、或者PWM波形不连续等问题。具体应该怎么解决?答案就是可以将RT和CT的锯齿波耦合引入到电流采样值上面,并且要保证电流采样引脚的波形满足下面要求:波形有起伏是锯齿波的样子;幅度小于1V,高于0V;并且要满足相位关系与MOS管开通的时候有关;并且当电流变大时,该波形会上升,直至到1V时触发过流实现CC恒流。
只要将RT和CT的锯齿波耦合到这里,便可以使输出的PWM频率与RTCT锯齿波频率一致。
推荐的耦合电路是数据手册上的:
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如上图,同时应当注意调节电阻R1和R2的值,从而使ISENSE引脚的摆幅在0-1V内尽量大,从而拓宽comp引脚的调节电压范围,利于环路稳定。

最后,在调试完成后,仍然效果不是很理想,给出如下可能的原因:在我的BUCK主拓扑中,电流采样使用的是电感电流,而UC3842可能需要的是MOS的电流,那么电感电流会有一个下降的过程,可能会影响到环路的稳定。目前,基本能够认为使用分立器件搭建MOS自举驱动电路可以正常工作(我实验过开环状态,没有问题,最终调试效果不好,我暂且将之归咎与UC3842的不友好和BUCK电流电流采样点设置的问题)。如果有可能,我会再次尝试改变电流采样点,采集MOSFET的电流再进行后续实验,看环路是否能完全稳定。并且搭建BOOST电路,这样再进行一些验证。另外后面想使用NCP1252等芯片进行实验,看看是不是比UC3842更好用。

在调试时,可以按照如下流程:首先屏蔽掉FB引脚(将其接地),之后在COMP引脚上连接在一个可调电压,如果电流检测部分都正常的话,那么,可以手动改变COMP引脚的电压从而改变芯片输出PWM的占空比。即可以实现电压开环调试,当开环调试没问题之后,再恢复电压误差放大器,调节反馈参数进行输出电压闭环即可。等效为数字电源中先调电流内环,再调电压外环的流程。这样可以分步调试电路,从而确定问题出在哪里。

使用这些老掉牙的芯片搭建经典电路更加有利于理解电路原理。

最终收获:对UC3842的工作原理和调试有更深层次的理解。并且验证了自举驱动电路的分立器件实现方法。

如果大家有什么想法何问题,欢迎与我进行交流和讨论。

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