摘  要： 本文介绍了平均电流模式PWM控制器UC3848的特点、工作原理及其典型应用。 叙    词： 平均电流 PWM 开关电源 Abstract： The characteristics,operating principle and typical of average current mode PWM conroller UC3848 are introduced in this article. Keywords： average current PWM SMPS 1．引言

UC3848是美国德州仪器公司生产的一种初级侧平均电流模式PWM控制器，可以实现逐周峰值开关电流限幅及对最大电感平均电流的控制，并且能够有效抑制在输出短路状态下的短路电流。UC3848采用了一种独特的次级电流检测技术，能够在初级侧重建完整的开关电流波形，是隔离式开关变换器的理想选择。

UC3848系列电流模式PWM控制器分军品、工业品和民品三个等级，相对应的型号分别为UC1848、UC23848和UC3848。下面对其特点、引脚功能、电气参数、工作原理以及典型应用进行介绍。

2. 特点和引脚说明

2.1 特点

UC3848具有以下特点：
　　（1）独特的次级电流检测技术，在初级侧实现对变换器开关电流的控制；
　　（2）最大占空比编程可控；
　　（3）最大伏·秒积箝位，防止磁芯饱和；
　　（4）工作频率最高达到1MHz；
　　（5）大电流图腾柱式输出电路，输出电流峰值2A；
　　（6）内置宽带电流误差放大器；
　　（7）内置欠压锁定电路；
　　（8）带欠压锁定功能。
　　（9）启动电流低，仅有500μA；
　　（10）内置5V精密基准电路，精度达到1％。

2.2 引脚说明

UC3848采用16引脚（DIL-16、SOIC-16）和20引脚（PLCC-20、LCC-20）两种封装形式。下面以DIL-16封装为例进行介绍，其引脚排列如图2-7-1所示。
　　

UC3848的引脚功能简介如下：
　　·GND（引脚1）：信号地。
　　·VREF（引脚2）：基准电源输出端。该端输出一温度特性极佳的基准电压。
　　·NI（引脚3）：电流误差放大器非反相输入端。该端接给定信号。
　　·INV（引脚4）：电流误差放大器反相输入端。该端通过一外接电阻与电流波形合成器外接电容输入端（引脚10）相连。根据需要，可在该端与引脚5之间接入不同功能的反馈网络，构成比例、积分、比例积分等类型的闭环调节器。
　　·CAO（引脚5）：电流误差放大器输出端。根据需要，可在该端与引脚4之间接入不同功能的反馈网络，构成比例、积分、比例积分等类型的闭环调节器。
　　·CT（引脚6）：振荡器定时电容接入端。
　　·VS（引脚7：）伏·秒积箝位信号输入端。该端通过外接接地电容以及与偏置电源之间的串接电阻实现对最大伏·秒积的编程控制。
　　·DMAX（引脚8）：最大占空比编程控制端。该端通过电阻分压器与基准电源输出端（引脚2）相连。
 
183;CDC（引脚9）：最大占空比控制及软启动电容接入端。
　　·CI（引脚10）：电流波形合成器外接电容接入端。该端外接接地电容，并通过一电阻与电流误差放大器反相输入端（引脚4）相连。
　　·IOFF（引脚11）：放电电流编程控制端。控制放电电流的方法有多种，可根据需要接入不同的电路。
　　·ION（引脚12）：电压跟随器输入端。
　　·P GND（引脚13）：功率地。
　　·OUT（引脚14）：PWM脉冲输出端。
　　·VCC（引脚15）：偏置电源接入端。
　　·UV（引脚16）：欠压锁定控制端。该端通过电阻分压器与输入电源相连。

2.3 额定参数

UC3848的额定参数如表1所示。

表1 UC3848额定参数表

2.4 主要电气参数

UC3848 PWM控制器的主要电气参数列于表2。

表2 UC3848平均电流模式PWM控制器主要电气参数表

注意： （1）如不特别注明，测试条件均为：VCC＝12V，CT = 400pF，IOFF=100μA，CDC＝100nF，CVS = 100pF，TA＝TJ＝0℃~ 70℃。

3 工作原理

UC3848是初级侧平均电流模式PWM控制器，主要适用于隔离型开关变换器。UC3848内部集成了精密基准电源、电流波形合成器、宽带误差放大器、高频振荡器、PWM比较器、电流误差放大器、欠压锁定电路以及大电流图腾柱式输出电路等，其内部原理框图如图2所示。

平均电流模式控制能够有效的对变换器中的各种电流进行控制，如输入电流、输出电感电流、开关电流、二极管电流等。为了实现平均电流控制，被控制的电流必须是已知的。但在隔离式变换器中，为了控制输出电感电流，需要借助开关电流。但是开关管导通时才有电流流过，而在开关管截止时，开关电流几乎为零。

对于隔离式变换器来说，采用平均电流模式控制存在一个明显的问题，那就是需要被控制的变量位于变换器的次级侧，由于输出电感中含有连续的直流分量，因此无法采用电流互感器直接对输出电感电流进行检测。但是，注意到在开关管导通期间，输出电感电流直接反射到初级侧，而在开关管截止期间，电感电流将以VOUT/L的速率下降。电感电流的这一变化必定以某种合成方式体现到初级侧。只要确定了这种关系，就能够直接在初级侧重建平均电流控制所需的完整电感电流波形，无需在次级侧进行实际检测。

UC3848的一个显著特点是其内部集成了一个电流波形合成器。借助这个电流波形合成器，UC3848可以实现独特的次级电流检测功能。实际工作过程中，电流波形合成器监测开关电流，同时对开关管截止期间电感电流的下降波形进行仿真，无需检测出次级侧开关电流的实际大小就可以在初级侧建立起完整的开关电流波形，从而实现对输出电流的控制，如图2-7-3所示。

最佳方案是将最大平均电感电流转化为4V的电平信号。假设主变压器的匝比和电流检测变压器的匝比分别为N和NS，为了确定输出电感电流IL与V（CI）的关系，需要加入检测电阻RS。RS与上述参数的关系如式（2-7-1）所示。

（1）

对上式进行整理后得到：
　　（2）
　　IOFF和CI的取值应保证dV(CI)/dt=dIL/dt。推荐IOFF的取值为100μA，则CI与IOFF的关系可由式（3）表示：

（3）

其中：L是输出电感量；
　　Vo(nom) 是变换器的输出电压。

 

在开关管导通期间，单位增益缓冲器对电流波形合成器外接电容CI进行充电，其目的是跟踪输入电流上升波形。当开关管截止时，一可编程控制的拉电流使该电容放电，以实现对实际电感电流下降波形的仿真。根据所需电流检测信号精度的高低，可以采用不同的方法来控制这个拉电流的变化。一种方法是利用变压器的升压绕组，图3中用的就是这种方法。这里，输出整流电压的平均值与升压绕组上的电压成正比。如果在升压绕组上增加整流器和滤波器，电流波形合成器外接电容CI的放电电流就可以跟踪输出电压VOUT的变化。需要注意的是，由于滤波器的滞后作用，实际输出电压和升压绕组上的电压之间会产生一定的瞬态误差。

如果上述瞬态误差过大，无法接受，则需要采用另外一种方法，参见图4。此时，输出电感上检测绕组的电压将与输出电压成正比。当开关管关断时，输出电感上的电压就是输出电压VOUT。虽然这种方法的精度较高，但是会增加额外的成本。而且，对于离线式变换器，还需要进行高压隔离，将进一步增加成本，同时电感的制作难度也会加大。

无论采用哪种方法，都将引入一定的失调电流。为了去除该电流，需要在VREF（引脚2）和IOFF（引脚11）之间增加一只电阻，其大小是ROFF的4倍，参见图4。

UC3848内置高速PWM振荡器，振荡频率由外接定时电容决定，如式（4）所示。定时电容充电和放电，生成精确的锯齿波。如果将DMAX引脚和VREF引脚连接在一起，最大占空比将限制在90％。如果需要对振荡频率进行调节，可以考虑在定时电容CT和信号地之间增加一只可调电阻RT，RT的取值不应低于40KΩ。这样，振荡频率最多可下降22％。在定时电容放电过程中，输出端将被禁止，最大占空比也将被限制在90％。注意，利用最大占空比限制功能和伏·秒积限制电路可以实现对最大占空比取值的控制。

　（4）
UC3848
　　通过VREF和DMAX之间由Rd1和Rd2构成的分压网络实现对最大占空比的编程控制，如图5所示。其关系式如下式所示：

D(max)= Rd1/( Rd1+ Rd2)　 （5）

为使电路正常工作，电容CDC应满足下式：

CDC(min)>T(osc)/80K　（6）

其中，T(osc)是振荡器的周期；
　　CDC还用于确定软启动时间常数，如下式所示。

τ(SS)=20K·CDC　　　 (7)

最大伏·秒积可通过VS与VIN之间的电阻RVS以及VS与地之间的电容CVS进行控制。开关截止时，VS放电；开关导通时，VS充电。由于VS比较器的阈值远小于VIN，充电时的波形几乎是线性的。如果在PWM关断输出之前，VS就超过了4V的阈值，VS比较器将关断输出，直到本次周期结束。最大伏·秒积的关系式如下式所示。

VIN·TON(max)=4.0V·RVS·CVS　　（8）

UC3848内部的欠压锁定电路同时对偏置电源（VCC）、基准电源（VREF）以及输入线电压（VIN）进行监测，以保证上述三个参数在软启动过程开始时都保持正常。如果VCC和VIN偏低，则控制器将进入待机状态，此时UC3848的待机电流只需500μA。
　　欠压锁定电路的原理图如图6所示。从图中可以看出，偏置电压经电阻RV1和RV2分压后输入欠压锁定控制端。输入线电压滞回阈值由RV1和RV2决定，如式（9）和式（10）所示。

（2-7-9）

　 （2-7-10）

其中，

如果VCC和欠压锁定比较器的输出均为高电平，内置基准电源将被激活。此时，CDC引脚和输出端将保持低电平，直到VREF超过4.5V。当VREF正常后，对输出驱动电路的控制将由PWM电路来实现，同时，CDC引脚上的软启动电容将开始充电。

如果欠压锁定比较器的输出变为的低电平，欠压锁定锁存器动作，输出将为低电平。同时，CDC引脚上的软启动电容将开始放电。该工作状态将一直保持，直到欠压锁定比较器的输出变为高电平，并且软启动电容充分放电时为止。

为了防止变压器饱和，UC3848采用了以下保护措施。一种是通过监测输入电压和限制最大伏·秒积的方法对变压器提供保护。另一种方法是采用独特的专利技术将最大占空比限制在用户可编程设定值的3％以内。采用上述两种方法，可以对变压器和开关管进行优化，从而进一步减小变换器的大小，降低成本。

4 典型应用

由UC3848控制的平均电流模式隔离式正激变换器如图7所示。