UC3842的内部结构和工作原理

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UC3842，TL494、SG3525是非常经典的三款PWM控制芯片，特别是作为经典的峰值电流模式单端PWM控制器UC3842，早期一批做开关电源的工程师都是从这一款芯片起步，从此踏入了开关电源的这个行业。UC3842最早是Unitrode公司的产品，其开发了一系列的UC384X产品，TI收购了Unitrode公司，沿用了原来产品选号。后来，其他的芯片公司仿制生产这一款产品，有许多派生选号，如CA3842，CW3842等等。即使是后来许多新的峰值电流模式控制器，基本上也是基于UC3842的原理进行设计。时至今日，在一些小功率的辅助开关电源中，UC3842仍然有使用。

1、内部基本结构

图1 UC3842内部功能结构图

图2 UC3842芯片内部图

2、管脚及封装

8个管脚的UC3842，DIP8、SO8、SOIC8这3种封装最为常用。

图3 UC3842管脚

管脚1：COMP，内部误差放大器的输出端

管脚2：VFB，电压检测端，也是内部误差放大器的反相输入端

管脚3：ISENSE，电流检测端，连接到电流检测电阻或电流检测变压器的输出。

管脚4：RT/CT，振荡频率设置端，此管脚连接1个电阻RT到VREF，连接1个电容CT到地，设定开关频率。RT>5 kΩ，CT>1nF，开关频率设定的公式为：

管脚5，GROUND：地。

管脚6，OUTPTU：内部图腾柱（Totem Pole）驱动器输出，连接到外部功率MOSFET栅极。

管脚7，Vcc：芯片的供电端。内部设置了1个34V的稳压管，保证其内部电路工作在34V以下，防止外部高压损坏内部电路。

管脚8，VREF：内部5V参考电压（基准电压），用于内部各部分电路的工作；同时5V参考电压可以通过RT给振荡器的CT提供充电电流，使内部振荡器正常工作。

3、工作原理介绍

输出电压信号和基准电压2.5V比较后产生的误差电压，经过电压误差放大器U1放大，由Comp管脚输出。Comp管脚输出的信号，通过2个二极管降压，然后再由2个分压电阻2R、R经过1/3分压，得到电压为Vs，连接到比较器U2的反相输入端，此为电压外环。

电流检测信号直接连接到比较器U2的同相输入端，电流检测信号进到芯片后，和Vs进行比较后，产生脉宽调制的脉冲， Vs电压为电流信号的给定，也就是 电压外环作为电流内环的给定信号（参考电压信号），通过脉宽调制控制开关管的峰值电流，因此，称为 峰值电流型脉宽调制器 。

图4 UC3842内部电压外环和电流内环

内部图腾柱由2个NPN三极管Q1，Q2组成，Q2由U4输出直接驱动，Q1由U4输出反相后驱动，Q1、Q2驱动信号的逻辑刚好是相反。

U4为3或门，3个输入分别是：

（1）电源起动电路的输出高电平“1”，反相后作为3或门的1个输入。只要电源电压Vcc大于起动电压（10V），3或门的这个输入端就总是保持低电平“0”。

（2）振荡器U9输出的脉冲时钟信号。

（3）PWM锁存器U3反相输出端。

只有当U4的3个输入端全都是低电平“0”，U4输出端反相后的输出（3或门的非端输出）才为高电平“1”，然后，Q1开通，Q2关断，图腾柱输出高电平“1”，外部功率MOSFET处于开通状态。

U4的3个输入端中，只要有1个输入端为高电平“1”，U4输出端都为低电平“0”，Q2开通，Q1关断，外部功率MOSFET处于截止（关断）状态。

3.1 驱动输出高电平，外部开关管导通

芯片正常工作时，U5输出为高电平“1”。

振荡器的时钟信号变为高电平“1”时，U3输入端S为高电平“1”，S=1，U3置位，U3反相输出端为低电平“0”（输出端为高电平“1”）。短脉冲时钟信号结束后， 振荡器输出时钟信号变为低电平“0”， PWM锁存器输入端S为低电平“0”，S=0， 由于 U2同相输入端电压（电流检测信号）小于U2反相输入端电压Vs（输出电压检测信号）， I*RS< VS， 比较器U2输出为低电平“0”，R=0；由于 S=0，R=0， 因此，PWM锁存器U3 反相输出端仍然保持低电平“0”不变。

U4的3个输入端都为低电平“0”，U4输出为低电平“0”，Q1开通，PIN6脚输出高电平，外部开关管导通，如图5所示。

图5 Q1开通，驱动输出高电平

3.2 驱动输出低电平，外部开关管截止

外部开关管导通，系统电流增加，U2同相输入端电压 （电流检测信号）增大，当此电压大于U2反相输入端电压Vs， I*RS> VS， 比较器U2输出翻转为高电平“1”， PWM锁存器U3输入端R为高电平“1”，R=1，U3复位，U3反相输出端为高电平“1” （输出端为低电平“0”）。

U4的1个输入端为高电平“1”，U4输出为高电平“1”，Q1关断、Q2开通，PIN6脚输出低电平，外部开关管截止关断 ，如图6所示。

图6 Q2开通，驱动输出低电平

外部 开关管关断后，其电流下降，U2同相输入端电压 （电流检测信号）降低，小于U2反相输入端电压Vs， I*RS< VS，比较器U2输出马上翻转为低电平“0”，PWM锁存器U3输入端R为低电平“0”，R=0，同时，S=0，因此，U3输出保持高电平“1”不变，Q2保持开通状态、PIN6脚输出保持低电平，外部 开关管也继续保持截止关断状态。

然后，系统等待振荡器下一个时钟信号的到来，开始下一个开关周期，如此循环往复，UC3842逻辑控制如图7所示，基本控制逻辑就是：时钟信号决定外部开关管的开通，电流信号决定 外部开关管的关断 。

图7 控制逻辑

PWM比较器翻转的电压值为：

VC为电压误差放大器的输出电压，减去2个二极管的正向压降1.4V，再经过电阻分压衰减1/3。VC在小于1V的电压范围内，脉宽调制器处于正常的工作状态；当VC≥1V时，就会出现限流保护，这是因为内部PWM比较器的反相输入端，加了1V的稳压管钳位，开关管的最大峰值电流为：

同样，如果系统的最大峰值电流已知，就可以利用上面公式，求出电流检测电阻值。

只要电流检测电阻RS电压达到1V，脉宽调制器就立刻关断开关管的驱动信号，形成逐个脉冲限流功能（Cycle by Cycle Current Limit），限制系统最大的输出电流，提高系统的可靠性，这也是峰值电流控制固有的特性。

但是，在一些应用情况中，逐个脉冲限流功能并不能提供可靠的过流保护，这是因为为了滤除开关管开通瞬间的尖峰电流，防止开关管误触发而关断，电流测量信号使用RC滤波或前沿消隐时间（Leading Edge Blanking LEB），开关管开通瞬间的这段时间内，系统对检测电流信号不做响应，过了这一段时间，系统才处理电流检测信号，这样，在输出电流非常大时，每个开关周期，控制器都会让开关管导通最小的这一段时间，然后过流保护关断开关管，系统连续工作在最小脉冲宽度状态，电感会逐渐饱和，电感电流走飞，从而导致系统失效。