楊廣華 李玉蘭 于莉媛 馬 浩 任賀宇

（1.天津工業(yè)大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院電工電能新技術(shù)重點實驗室 天津 300371 2.軍事交通學(xué)院軍事物流系 天津 300161）

1 引言

UC38XX 系列芯片廣泛用于制備開關(guān)電源的控制電路，特點是高性能、PWM 電流模式控制且性價比高。此系列的集成控制芯片通?？蛇M行較為精確的PWM 控制，可提供溫度補償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓、高增益容差放大器、電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是構(gòu)建用于AC/DC 以及DC/DC 開關(guān)電源的較為理想的芯片[1-3]。在設(shè)計LED 照明驅(qū)動電路中，通常使用UC3842 或UC3843 等芯片。由于一些電路設(shè)計軟件如 NI 公司的 Multisim 通常只有UC3842 芯片的Spice 模型，而沒有提供UC384X 系列其他芯片的Spice 模型，因此技術(shù)人員一般只能在電路方案確定后直接進行控制電路的調(diào)試，不能做仿真設(shè)計，這對電源控制電路的精確設(shè)計有一定的妨礙。

本文研究如何通過參數(shù)分析一些公司提供UC3843 等芯片的Spice 模型，進而應(yīng)用到其他公司UC3843 芯片中，并設(shè)計了PWM 控制的Buck 型直流降壓LED 電路，實現(xiàn)3W LED 驅(qū)動的仿真及控制。

2 UC3843 芯片及Spice 模型

2.1 UC3843 芯片介紹

由TI 公司提供的技術(shù)文檔可知，UC3843 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個引腳，各腳功能如下：①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準(zhǔn)電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；③腳為電流檢測輸入端，當(dāng)檢測電壓超過1V 時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；④腳為定時端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=1.72/(RT×CT)；⑤腳為公共地端；⑥腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns，驅(qū)動能力為±1A；⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過電壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；⑧腳為5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA 的負(fù)載能力[4-6]。電路方框圖如圖1 所示。

圖1 UC3843 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及芯片封裝頂視圖Fig.1 UC3843 internal structure and chip packaging top view

以NI 公司Multisim 軟件所提供的UC3842 Spice模型進行分析。由于內(nèi)部電路器件眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這里僅做部分內(nèi)容分析。模型的第一行是子電路標(biāo)題名稱及相關(guān)引腳。

子電路標(biāo)題中后邊的comp、VFB、isens、RAC、0、out、vcc、ref1 分別為芯片引腳名稱COMP、VFB、Isense、RT/CT、GROUND、OUTPUT、VCC、VREF。

2.2 Spice 模型

UC3843 芯片的內(nèi)部方框圖與電源驅(qū)動電路常用的 UC3842 基本相同。兩款芯片不同處在于UCX842A 有16V（通）和10V（斷）的低壓鎖定門限，適用于離線變換器，UCX843A 適用于低壓驅(qū)動設(shè)計，欠電壓鎖定門限為8.5V（通）和7.6V(斷)，可見更適用于車載蓄電池等12V 電源的欠電壓電路應(yīng)用。LT Spice 中的uc394x.lib 中有安森美公司提供的UC3843 芯片模型如下：

盡管各公司生產(chǎn)的UC384X 系列芯片有一定差別，但基本參數(shù)是相同的，可以根據(jù)此模型對應(yīng)其他公司的芯片引腳，并且要考慮到各軟件對于所用Spice 模型的細微差別，就可以應(yīng)用于其他軟件的電路仿真中。

3 基于UC3843 芯片的Buck 型LED 控制電路

車載應(yīng)用大功率 LED 照明電源為額定電壓12V，額定容量為50AHV。負(fù)載LED 燈組采用3個額定功率P=3W 的大功率LED 串聯(lián)連接，每個LED 的工作電壓范圍為3.0～3.5V，工作電流范圍為0.2～0.3A。所設(shè)計的峰值電流模式控制的有源紋波補償Buck 型LED 驅(qū)動電路原理圖如圖2 所示。

圖2 帶斜坡補償降壓型電路Fig.2 the buck circuit with slope compensation

控制電路將傳統(tǒng)峰值電流控制模式的輸出電壓反饋改進為輸出電流反饋，這樣可以避免因LED正向電壓的負(fù)溫度效應(yīng)導(dǎo)致的輸出電流增大而形成惡性循環(huán)。通過由運放A3 組成的差分式放大電路檢測輸出電流信號，與輸出電流給定參考信號Uref=0.7V 比較并放大后形成電流環(huán)（峰值電流控制）給定信號。輸出電流采樣電阻Ro=0.1Ω，電感電流采樣電阻Rs=0.5Ω[3-6]。

Buck 型LED 照明驅(qū)動電路由PWM 控制完成，UC3843為PWM 控制芯片，主要參數(shù)如占空比D、輸出電壓、電感、輸出濾波電容以及電源效率計算公式如下。

占空比

式中，fosc為開關(guān)的頻率(Hz)；△IL為電感輸出的文波電流，可取為最小輸出電流的2 倍；△Vo為輸出電壓峰峰值；T為開關(guān)的周期，即TON+TOFF；VD為二極管正向?qū)〞r的壓降；VDS(ON)為MOSFET 飽和導(dǎo)通時候的壓降；D為開關(guān)管導(dǎo)通時間與控制信號周期的比值，稱之為控制信號的占空比。

L=100uH，時鐘頻率fs=100kHz，D=85%。補償電路的參數(shù)設(shè)置為：R=10kΩ，C=0.01uF，RT=1Ω。

電路未加入斜坡補償時電感電流和補償電流波形仿真結(jié)果如圖3a 所示，可以看出此時電感電流和補償電流振蕩嚴(yán)重，是不穩(wěn)定的；加入斜坡補償后，由圖3b 可見波形幅度是有所減小的。

圖3 加入補償前后波形Fig.3 The curve before compensation after adding

最終使用12V 直流電源的電路驅(qū)動3W LED 如圖4 所示。

圖4 實際驅(qū)動電路Fig.4 the actual driving circuit

4 結(jié)論

通過分析部分公司提供的UC3843 Spice 模型，根據(jù)Multisim 軟件中器件模型程序要求，進行修正實現(xiàn)仿真。另外，依據(jù)UC3843 適用低電壓電路的特點，設(shè)計出適用于車載照明的照明系統(tǒng)，增加斜坡電路提高了驅(qū)動電路的穩(wěn)定性。

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