UCX84X笔记_UC2845B(ST)

UC2842B/3B/4B/5B_UC3842B/3B/4B/5B

高性能电流模式 PWM 控制器

1. 特性

• 微调振荡器可实现精确频率控制
• 振荡器频率保证为250kHz
• 电流模式工作频率高达500kHz
• 自动前馈补偿
• 逐周期电流限制的锁存PWM
• 内部微调基准，带欠压锁定功能
• 大电流图腾柱输出
• 带滞后的欠压锁定功能
• 低启动和工作电流

2. 说明

  UC384xB系列控制集成电路提供了必要的功能，以最少的外部器件数量实现离线或直流至直流固定频率电流模式控制方案。内部实施的电路包括一个微调振荡器，用于在电压锁定条件下实现精确的负载周期控制，启动电流小于0.5mA；一个微调预精度基准，用于在误大器输入端实现精确度；一个确保锁定操作的逻辑；一个PWM比较器，该比较器还提供电流限制控制，以及一个图腾柱输出级，设计用于源极或汇入高峰值电流。输出级适用于驱动 N 沟道MOSFET，在关断状态下为低电平。

  ​该系列产品的不同之处在于欠压锁定阈值和最大占空比范围。UC3842B和UC3844B的欠压锁定阈值分别为 16V（接通）和10V（断开），非常适合离线应用。UC3843B和UC3845B的相应阈值分别为8.5V 和7.9V。UC3842B和UC3843B的占空比可接近100%。UC3844B和UC3845B通过增加一个内部切换触发器，每隔一个时钟周期将输出清零，从而实现零至<50%的占空比范围。

3. 方框图（切换触发器仅用于UC3844B和UC3845B）

4. 绝对最大额定值

  *所有电压均与 5 号针脚有关，所有电流均为指定端子的正值。

  4.1 V_i—Supply Voltage (low impedance source)：供电电压（低阻抗源）。
​  Supply Voltage (low impedance source)指的是供电电压的特性，强调电源应具有低阻抗的输出特性。低阻抗源的含义：低阻抗，意味着电源在输出电流时能够保持较为稳定的电压，不会因为负载变化而导致显著的电压降。这对于确保电源管理芯片的稳定运行非常重要。供电稳定性，低阻抗源能提供更稳定的电压输出，减少了因负载变化引起的波动，有助于提升系统的整体稳定性和性能。

​  4.2 V_i—Supply Voltage (Ii < 30mA)：供电电压（当输入电流小于30mA时）。

​  4.3 I_O—Output Current：输出电流的最大峰值。

​  4.4 E_O—Output Energy (capacitive load)：输出能量（电容性负载）。

​​  4.5 Analog Inputs (pins 2, 3)：模拟输入（引脚2, 3）。

​  4.6 Error Amplifier Output Sink Current：误差放大器输出下沉电流。
​​  在电子电路中，下沉电流sink current和源电流source current是两个关键概念，用于描 述电路节点处理电流的能力。它们分别表示电流流入和流出节点的情况。

​  下沉电流（Sink Current）
​  定义：下沉电流指的是电路节点（如放大器输出端、数字引脚等）能够吸收的最大电流。电流从负载流 向该节点。
​  方向：电流流入节点。
​  应用：当节点需要接地或拉低电压时使用。例如，数字电路中的低电平输出、驱动电路中关闭开关元 件、LED控制等。

​  源电流（Source Current）
​  定义：源电流指的是电路节点能够提供的最大电流。电流从节点流向负载。
​  方向：电流从节点流出。
​  应用：当节点需要拉高电压或提供电流给负载时使用。例如，数字电路中的高电平输出、驱动电路中开 启开关元件、传感器供电等。
​  设计电路时，需要考虑元件的下沉电流和源电流能力，以确保其能够正确驱动负载而不超过其额定电 流。

​  举例说明
​  运算放大器：在负反馈配置中，运算放大器的输出端可能需要吸收或提供电流以调节输出电压，具体取 决于负载和反馈电路。
​  微控制器（MCU）引脚：MCU引脚可以配置为输入或输出模式。当配置为输出模式时，考虑其能够提供 （源电流）或吸收（下沉电流）的电流能力，以驱动外部组件如LED或其他数字逻辑电路。

​  4.7/4.8 P_tot—Power Dissipation at Tamb $\le$ 25 °C (Minidip/SO8)：表示总功耗（Total Power Dissipation）在环境温度不超过25°C时的最大允许值。Tamb 是指环境温度（Ambient Temperature），表示器件在操作时所处的环境温度。这个参数在电子器件的规格书中非常重要，因为它直接影响器件的性能和可靠性。

​  4.9 T_stg—Storage Temperature Range：存储温度范围，表示器件在不工作状态下可以安全存储的温度范围。
​  存储在这里指的是电子器件在不通电、不工作状态下的保管和保存过程。这一过程可以包括从制造商到最终用户的整个供应链阶段，包括运输、仓储以及在设备未使用时的存放。遵守这一范围一般有三个用途：
​  保护元件：在极端温度下，器件的材料和结构可能会发生变化，导致性能下降或永久损坏。存储温度范围确保器件在不工作时不会受到损害。
​  延长寿命：保持在适当的存储温度范围内，可以延长器件的使用寿命，确保其在重新使用时依然可靠。
​  保证性能：遵循存储温度范围规范，可以确保器件在存储期间不会发生物理或化学变化，保持其出厂时的性能指标。

​  4.10 T_J—Junction Operating Temperature：可以理解为半导体PN结的工作温度或节温，结温（Junction Temperature）是电子设备中半导体的实际工作温度，它通常较封装外壳温度（Case Temperature）高，温度差等于其间热的功率乘以热阻。最大结温在指定一组数据时，并给定功耗的情况下，计算外壳与环境之间热阻。或者反过来可以帮助设计人员确定一个合适散热器。

​  4.11 T_L—Lead Temperature (soldering 10s)：引脚温度（焊接 10 秒）。这是电子元件的一个重要参数，描述了元件在焊接过程中的热耐受能力。

5. 引脚连接（俯视图）

6. 引脚功能

​  1_COMP：Compensation，误差放大器补偿引脚。该引脚为误差放大器输出端，可用于环路补偿。
​​  误差放大器补偿引脚。将外部补偿元件连接到此引脚，以修改误差放大器输出。误差放大器内部有电流限制，因此，用户可以通过外部将COMP强制为GROUND来控制零占空比。

​​  2_V_FB：Voltage feedback，电压反馈引脚。这是误差放大器的反相输入端。它通常通过一个电阻分压器连接到开关电源输出端。
​​  内部误差放大器的反相输入。V_FB用于控制电源转换器电压反馈环路以实现稳定性。

​​  3_I_SENSE：Current sense，电流检测。与电感器电流成正比的电压连接到该输入端。PWM 利用这一信息终止输出开关的导通。
​​  初级侧电流检测引脚。连接到电流检测电阻器。PWM使用该信号终止OUTPUT（输出）开关的导通。电压斜坡可应用于该引脚，以通过电压模式控制配置运行器件。

​​  4_R_T/C_T：R_T和C_T分别代表定时电阻（Timing Resistor）和定时电容（Timing Capacitor）。振荡器频率和最大输出占空比可通过将电阻R_T连接到V_ref和电容器C_T连接到地来编程。工作频率可达500kHz。
​​  固定频率振荡器设定点。从该引脚将计时电阻器R_RT连接到VREF并将计时电容器C_CT连接到GROUND，以设置开关频率。为了获得最佳性能，保持计时电容器引线尽可能短且直接连接到器件GROUND。如果可能，对计时电容器和所有其他功能使用单独的接地走线。可使用以下公式估算振荡器的频率：

$$f_{OSC}=\frac{1.72}{R_{RT}\times C_{CT}}$$

​​  其中，f_OSC的单位为赫兹，R_RT的单位为欧姆，C_CT的单位为法拉。切勿使用小于5kΩ的计时电阻器。在高达100%的占空比下，UCx842和UCx843的OUTPUT（输出）栅极驱动器的频率f_SW等于f_OSC；在高达50%的占空比下，UCx844和UCx845的频率等于f_OSC频率的一半。

​​  R_T和C_T一起用于设定内部振荡器的频率，这个振荡器决定了PWM信号的频率。具体解释如下：
​  RT：通过外部连接的电阻来设定振荡器的充电和放电速率。改变这个电阻的值可以改变振荡器的频率。
​  CT：通过外部连接的电容来设定振荡器的周期。这个电容会在每个周期内被充电和放电，决定了振荡器的频率。
​​  在具体应用中，设计者会根据电源设计的要求选择合适的R_T和C_T值，以确保控制器工作在合适的频率范围内。例如，在高频应用中，需要选择较小的电阻和电容值，而在低频应用中则选择较大的电阻和电容值。

​​  5_GROUND：该引脚是控制电路和电源的综合地线。
​​  模拟接地。对于没有PWRGND的器件封装，GROUND（接地）既可以作为电源接地，也可以作为模拟接地。
​​  接地是信号和电源的返回地。TI建议分离信号返回路径和大电流门驱动器路径，这样信号就不会受到开关电流的影响。

​​  6_OUTPUT：该输出可直接驱动功率 MOSFET 的栅极。该引脚可提供高达 1A 的峰值电流。
​​  OUTPUT（输出）是外部MOSFET的栅极驱动器。OUTPUT（输出）是片上驱动器级的输出，旨在直接驱动MOSFET。峰值电流高达1A，由该引脚提供和灌入。当VCC低于导通阈值时，OUTPUT（输出）主动保持为低电平。

​​  7_V_CC：该引脚是控制 IC 的正电源。
​​  为器件供电的模拟控制器偏置输入。总VCC电流是静态VCC电流和平均OUTPUT（输出）电流的总和。已知开关频率和MOSFET栅极电荷Qg，可以根据以下公式计算平均OUTPUT（输出）电流：

$$I_{OUTPUT}=Q_g\times f_{SW}$$

​​  ​该引脚上需要一个旁路电容器，通常为0.1μF，直接连接到GROUND（接地），并具有最小的布线长度。VCC 上也需要有一个附加旁路电容器，其电容比设计中使用的主开关FET的栅极电容至少大 10 倍。

​​  8_V_REF：基准输出。它通过电阻 R_T 为电容器 C_T 提供充电电流。
​​  5V基准电压。V_REF用于通过计时电阻器向振荡器计时电容器提供充电电流。通过尽可能靠近引脚连接的陶瓷电容器将V_REF旁路至GROUND，这点对于基准稳定性来说非常重要。要求陶瓷电容器的最小值为 0.1μF。VREF 上的外部负载需要额外的VREF旁路。

7. 订购编号

8. 热性能数据

​​  结至环境电阻，表示从半导体器件内部的结到周围环境之间的热阻。

9. 电气性能

​​  电气特性（ [注 1] 除非另有说明，否则这些规格适用于以下情况对于 UC284XB，-25<Tamb<85°C；对于UC384XB，0<Tamb<70°C；Vi=15V（注 5）；RT=10K；CT = 3.3nF）

9.11

9.12

9.21

9.22

9.22续

9.31

9.32

9.41

9.42

备注1
  1. 必须遵守最大封装功率耗散限制；测试期间使用低占空比脉冲技术，尽可能保持Tj接近Tamb。
  2. 这些参数虽然有保证，但并没有在生产中进行100%的测试。
  3. VPIN2=0时在锁存器跳变点测量的参数。
  4. 增益定义为 ：

      $A=\frac{\Delta V_{PIN1}}{\Delta V_{PIN3}};0\le V_{PIN3}\le 0.8V$

  5. 在设置为15V之前，将Vi调整到启动阈值以上。

备注2
  （1）根据设计确定。未经生产测试。
  （2）将VCC调整为高于启动阈值，然后再设置为15V
  （3）温度稳定性（有时称为平均温度系数）通过以下公式描述：

      $TempStability=\frac{VRE{F}_{(max)}-VREF(min)}{T_J:(max)-T_J(min)}$

  VREF_min和VREF_max是在适当温度范围内测得的最大和最小基准电压。请注意，极端电压情况不一定发生在极端温度下。
  （4）当VFB=0V时，在闩锁跳变点测得的参数。
  （5）对于UCx842和UCx843，输出开关频率f_SW等于振荡器频率f_OSC。对于UCx844和UCx845，输出开关频率f_SW是振荡器频率f_OSC的一半。
  （6）增益定义为：$A=\Delta V_{COMP}/\Delta V_{ISENSE}，0V\le V_{ISENSE}\le 0.8V$。

10. 附图

图1：开环测试电路

  与负载相关的高峰值电流要求使用谨慎的接地技术。计时电容器和旁路电容器应在单点接地中靠近 GROUND （接地）端子进行连接。晶体管和 5kΩ 电位器对振荡器波形进行采样，并向引脚3（ISENSE端子）施加可调斜坡。

图2：定时电阻与振荡器频率的关系图

图3：输出死区时间与振荡器频率的关系

图4：振荡器放电电流与温度的关系

图5：最大输出占空比与定时电阻器的关系

图6：误差放大器开环增益和相位与频率的关系。

图7：电流检测输入阈值与放大器输出电压的关系

图8：基准电压变化与源电流

图9：参考短路电流对比温度

图10：输出饱和电压与负载电流的关系

图11：电源电流与电源电压的关系

图12：输出波形。

图13：输出交叉导通

图14：振荡器和输出波形

图15：误差放大器配置

  误差放大器配置（Error Amp Configuration） 包括其输入和反馈元件的设置。这些元件决定了放大器的增益、频率响应和稳定性。
  Zi：输入阻抗（Input Impedance）这通常是连接到误差放大器的反相或同相输入端的电阻，表示信号源的阻抗。
  Zf：反馈阻抗（Feedback Impedance）这是连接在误差放大器输出端和输入端之间的阻抗，通常是一个反馈电阻或反馈网络（如电阻和电容的组合），决定了放大器的增益和频率响应。

图16：欠压锁定

图17：电流检测电路

峰值电流(I_s)由公式确定：

    $I_S{}_{max}\approx \frac{1.0V}{R_S}$

可能需要一个小的RC滤波器来抑制开关瞬变。

图18：坡度补偿技术

图19：隔离MOSFET驱动和电流互感器检测

图20：锁存关断

图21：误差放大器补偿

图22：外部时钟同步

图23：外部占空比钳位和多单元同步

图24：软启动电路

图25：软启动和误差放大器输出占空比钳位