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uc3842 isense脚的使用

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speedbluey
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LV2
本网技师
  • 2018-8-22 22:00:14
基于Uc3842的buck电路设计
关于这一主题,论坛中已有不少帖子了。
http://www.dianyuan.com/bbs/1055468.html
http://www.dianyuan.com/bbs/1443051.html
本文主要探讨的是buck电路的Isense脚的外围电路该如何接。

1.首先我们要搞清楚Isense脚的功能
  TI公司的uc3842芯片手册中有关该脚的使用有这么三段:
isense.png
图1
shutdown.png
图2
slope compensation.png
图3
  第一段意思是说Isense将检测到的电压信号输入芯片内部PWM比较器的同相端,为了抑制电压信号的尖峰,需要加一个RC滤波电路,其乘积(时间常数)小于PWM周期(uc3842的oscillator频率——RT/CT频率与PWM频率相同,不像sg3525的oscillator的频率是其PWM频率的两倍)
  第二段意思是Isense脚所测电压超过1V时,PWM为0。
  第三段意思是若想产生占空比超过50%的PWM波,最好进行斜坡补偿(知网上也有论文分析这样做的原因甚至提出了比该电路更可靠的电路)(我本文最终设计的电路没有考虑这个)
  最初我的注意力集中在第二段上,它说当检测到超过1V的电压时,就停止芯片工作。这让我以为这个引脚只是用作保护电路的,直接接地就可以了(我有个同学设计boost电路时就是在三脚串了个电阻接地做的,还做成了),可我实物测试并未成功。
  直到我看到一个帖子(https://bbs.21dianyuan.com/thread-154190-1-1.html)里说,三脚必须接三角波,才意识到我那种直接接地的做法不对。但三角波频率如何,坡度如何,犹未可知。
  从数据手册上的图三电路看,三脚叠加了RT/CT 的三角波,似乎说明接入三脚的信号的频率应和振荡器频率一致。而网上的电路中uc3842多用于检测反激电路mos管的电流,更是印证了我的上述猜测,同时又似乎表明该波形的占空比应和mos管开关信号一致(从图1图3上看,这个波形可以不是严格的三角波,方波也行,但对于三角波的话,没有占空比的概念,因而第二个猜测可能不对)。

2.buck中的Isense脚的一些接法
  网上给出的关于uc3842的电路,大多都是反激型电源或boost。这两种电路的特点是,原本的电路中mos管源极接地。在使用uc3842后,原电路的源极和地之间还要再加个小电阻,并将源极接到Isense脚以进行电流检测。
反激.png
图4
  但buck的mos管是悬浮的,不能直接这么接。论坛中一篇帖子(http://www.dianyuan.com/bbs/1458140.html)给出了两种方案。

① 在mos管后加一个检流电阻,并添加光耦反馈电路。
接法1.gif
图5
  该图以L1左侧为芯片地,既能模仿反激电路激发进行电流检测,又不需要增加自举电路,但需要芯片地和buck电路的地隔离。该图有个错误,就是分压采样电路应先通过光耦隔离,再进入反馈,因为分压采样电路的地必须是buck地,若想不加光耦直接接入芯片反馈端,其地必须和芯片地一致,但这样就不满足要求了。
② 将mos管挪到下方,并添加光耦
接法2.gif
图6
  该图也不需要自举电路,但同样缺了光耦反馈电路。图中标有三个地,A为输入地,B为芯片地,C为输出地。因为芯片要驱动mos管,所以B应和A相接。而分压采样电路地应和C相接,结果A就和C相接了,相当于将mos管短路了。因而分压采样电路和芯片间也需加一光耦。

③ 这里我额外再给一种方案,就是在二极管下方串接一电阻,用于检测。
  至于可不可行我没测试过,但我担心由于二极管和mos的开关信号是互补的,反馈给3脚的电压信号占空比与PWM不同,因而导致芯片不正常工作。

以上三种方法或许都可行,作者由于对光耦电路使用缺乏经验,加上手头的色环电阻都是0.25W的,用于电流检测时需要并联,比较麻烦,并未对上述三种电路一一测试,而是采用了芯片手册中给出的电路。


3.芯片手册电路实物测试
  估计很多人和我一样没发现,芯片手册给出的这张图可以直接用在buck上的。
手册电路1.png
图7
手册电路2.png
8

  其实这两张图差不多,我最后用的是图8。图7中的话我翻译一下:“在电压模式占空比控制中,PWM是通过比较误差放大器(1脚、2脚接到芯片内部的放大器)的输出与一个人为产生的斜坡信号而得到的。在电压型和电流型芯片中,CT都是用来产生锯齿波的。为了使用uc*84*的电压型配置,我们将(人为产生的)锯齿波通入Isense脚和误差放大器输出误差信号在PWM比较器处进行比较。这个方法中,我们用锯齿波而非原边的电流信号来决定脉宽。(后面的我看不懂就不翻了)”
  这段话是说,底下这个电路可以取代采样mos电流信号输入PWM比较器 的电路方案。
  具体的原理可以从图8中看出。由于4脚连上RT/CT后就有三角波信号,将它接到一个三极管(8050)上可控制其开关,继而在下面的分压电阻上也产生了三角波,即可用于PWM的产生。调节Isense Adjust电阻可以改变三角波幅值。另外E/A Adjust分压电阻则模拟了电压反馈。
  我焊了这个电路,并对它进行了测试,下面给出我的测试经过:

1. 当Vfb高于2.5时,无论如何调节Isense Adjust(简写为IA),PWM无输出。
2. 当Vfb=2.2V时,调节IA,使Isense脚上的锯齿波幅值范围为
1) 580mV-1.7V,此时Isense和PWM波形如图
IMG_003.BMP IMG_004.BMP
2) 440mV-1.26V,此时Isense和PWM波形如图
IMG_007.BMP IMG_008.BMP
3) 200mV-620mV,此时Isense和PWM波形如图
IMG_005.BMP IMG_006.BMP
4) 0V, 此时Isense和PWM波形如图
IMG_009.BMP IMG_010.BMP
  以上可看出,Isense的幅值能影响占空比

3. 当Isense峰值为1.26V时,调节E/A Adjust,使Vf为
1) 0V,此时Vcomp如图,PWM如图
IMG_011.BMP IMG_012.BMP
2) 2.4V,此时Vcomp如图,PWM如图
IMG_013.BMP IMG_014.BMP
通过1)2)的Vcomp的峰值均为7.4V,可以推测出,该值为芯片内误差放大器的上限电压。

3) 从2.4V到2.5V变化,PWM占空比变化和相应的Vcomp如图。
IMG_015.BMP IMG_016.BMP
IMG_017.BMP IMG_018.BMP
  说明在反馈电压很接近2.5V时,PWM的占空比存在线性调节过程,满足闭环控制的需求。

4. 当Isense=0时(模拟直接接地的做法)
  调节E/A Adjust时发现,在Vfb<2.5V时,占空比始终接近99%,当Vfb超过2.5V时,占空比瞬间变为0,中间不存在线性调节过程,不能用于精细的闭环控制。


综上,该电路可用于buck闭环控制,具体做法可以是:首先调节IA,确定一个占空比的阈值(我需要41%的占空比,为了提高系统的快速性,我的阈值选为了55%,但没有考虑芯片手册中所说的当占空比超过50%时要应用的斜坡补偿电路)。接着设计好1脚2脚上的补偿环节后,将2脚接入buck输出后的分压采样电路中即可。

  我在文章末的saber文件中给出了我的电路(uc3842与ir2110搭建的闭环buck电路),焊接好的闭环buck电路测试是可以的(除了有时电容会有响声,而且buck输入电压不能从0V上升至24V,否则升到18V时电源会失效,必须一上电就是24V),但仿真报错,我也没查出原因。




补充1:
我最初没想用芯片手册那张图的原因有三点:
1. 图8上的标题写着开环测试,这让我以为它不能用于闭环;
2. 在Vfb(feedback)很接近2.5V时,PWM的线性调节现象才会出现。前期我单纯通过软件仿真没有发现,就只能判断这个电路没用;(文末我给了一个multisim仿真文件,可以在仿真时通过调节中间的分压电阻从49.3%-49.4%观测到占空比变化)
3. 我一开始不知道uc3842双闭环的工作原理,只想用电压闭环功能,所以就默认只有Vfb的幅值能影响占空比。而仿真时发现,调节Isense脚以及Vfb脚的接入信号幅值都能改变输出信号占空比,这令我觉得要么是电路有问题,要么是仿真软件有错,因而没再深入研究该电路。

补充2:
关于Isense的接法,作者经验有限,之前只见过文中提到的这么几种,写该文搜集资料时还看到下面这样一种接法
双闭环Isense的另一种接发.png
其中Rx、Cx可以作为第二个闭环,具体原理见文章《基于UC3842控制芯片的Boost变换器的设计_高微》。

uc原图.zip

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saber.zip

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EE_Jermy
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能学到很多东西 谢啦!
cyx7610
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不错。
yidx
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好文章,现在不多见了,感谢分享
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