基于UC3842芯片的驱动电路设计

微　处　理　机

MICROPROCESSORS

No.4Nov.,1999

・微机电路与工艺・

基于UC3842芯片的驱动电路设计

林成武　王凤翔

沈阳工业大学(沈阳110023)

　　摘　要　设计了一种新颖的基于UC3842芯片的功率开关器件驱动电路,此电路可以工作在任意占空比,具有高性能、低成本、保护功能强等优点,适用于功率开关器件MOSFET、GTR、IGBT的单管驱动。

关键词　驱动电路　UC3842　功率开关器件

Ξ

DesignofaDrivingCircuitBasedontheUC3842ChipLinChengwu,etalShenyangpolytechnicUniversity,Shenyang110023　　Abstract　AnoveldrivingcircuitbasedontheUC3842chipisintroduced.Thedrivingcircuitcanworkatanydutyratio.Ithassomeadvantages,shchashighperformence,lowcost,strongprotectionfunctionect.ThisdrivingcircuitcanbeusedforsinglepowerswitchingdeviceofMOSFET,GTR,IGBTetc.

Keywords　drivingcircuit,UC3842chip,powerswitchingdevice

1　引　言

随着电力电子技术的飞速发展,半导体变流技术在各个领域得到广泛的应用,而驱动电路作为变流器的主电路和控制电路之间的接口,其性能将直接影响到变流器输出波形的质量和大功率开关器件的正常使用。因此设计和采用性能良好的驱动电路,不仅可使变流器工作在理想的工作状态,减少开关损耗,而且对提高变流器的可靠性具有重要意义。本文以功率MOSFET为例,介绍一种基于UC3842芯片的功率开关器件通用驱动电路的设计方法,讨论了实用中有关参数的匹配及选定问题。这种新颖的驱动电路具有高性能、低成本、保护功能强等优点,适用于功率MOSFET、GTR、IGBT等功率开关器件的单管驱动。

变换器,是一种经济而所需外部元件少的功率

其简化原理框图如图MOSFET驱动控制芯片。

1所示。

这种芯片的特点是有一个调定的振荡器,用外部元件Rt、Ct可设定振荡频率及精确地控制占空比;有一个带温度补偿的+5V基准电源,基准电源具有短路保护,并能提供大于20mA的电流为附加的控制电路供电;一个高增益误差放大器用于反馈控制和输出补偿;一个电流传感比较器和一个适用于驱动功率MOSFET器件的大电流推挽输出;可直接驱动

功率MOSFET,驱动能力高达±1.0A的峰值驱动电流,当负载为1.0nF时其上升和下降时间的典型值为50ns。

UC3842芯片还有一些使变流器可靠工作的保护措施。如芯片电源电压和基准电压两个欠电压锁定比较器,用来保证芯片在输出级起动前是全功能工作的;通过电流传感比较器可

2　UC3842芯片的性能分析

低成本的固UC3842芯片是一种高性能、

定频率电流控制器。它们用于脱机和DC-DC

Ξ男,44岁,博士研究生,副教授,主要从事电机控制与电力电子技术研究

　收稿日期:1999-04-28

・8・微　处　理　机1999年　

实现逐个周期的电流,从而使功率MOSEFT工作在允许的电流值范围内。

UC3842芯片的输出信号。

根据上述分析,对UC3842的外部控制电路进行反复试验后,设计出了频率可控制的基于UC3842芯片的功率MOSFET驱动电路,如图2所示。

图1　UC3842芯片简化原理框图

从UC3842芯片的性能和基本工作原理的分析来看,该芯片是一种体积小,功能强,成本低的固定频率电流型功率MOSFET的驱动控制器。如果能使UC3842芯片的振荡器频率由其它信号源来控制,就可以使UC3842芯片在保持其高性能的基础上,成为通用的功率MOSFET单管驱动电路。

图2　驱动电路及参数

其工作原理是:当控制信号为高电平时,经C1微分后将控制信号加到脚4,使UC3842芯片的输出端为高电平,驱动功率MOSFET导通。在Rs上形成电流检测信号,若过流则关断功率MOSFET,若不过流,当控制信号为低电平时,经二极管D将输出补偿端(脚1)下拉为0.4V左右,关断UC3842芯片,从而控制功率

3　驱动电路的设计及应用

UC3842芯片输出的高电平由定时元件Rt

和Ct控制。电容器Ct由+5V基准电源(脚8)

经电阻Rt充电到大约2.8V,并向内部电路漏放电到1.2V。在Ct放电时,振荡器产生一个内部空脉冲,它使NOR(或非)门的中间输入保持高电平,使输出为低电平,从而产生一定量的输出延时。仅当输出延时时间结束时,UC3842芯片输出高电平驱动信号。可见,UC3842芯片的第4脚是输出高电平控制端。

UC3842芯片输出低电平驱动信号是由电流传感比较器和PWM锁存器控制的。作为电流型控制器工作,它的输出开关传导由振荡器起动,在负载电流的峰值达到由误差放大器输出补偿端(脚1)建立的门限电平时结束。电流传感比较器和PWM锁存器保证在一个给定的振荡器周期内只有一个脉冲出现在输出端。在输出端(脚6)输出高电平驱动功率MOSFET导通期间,只要电流传感比较器的同相输入端电平大于反相输入端电平,就可以使PWM锁存器复位,输出端变为低电平。这样就可以用拉低输出补偿端(脚1)电平的方法来关断

驱动电路控制时序如MOSFET的导通与关断。图3所示。

图3　驱动电路的控制时序

在参数的选择上应注意以下几个问题:

(1)经R1、R2分压加在反馈输入端(脚2)上的电压应略小于2.5V,并通过调整R1使输出补偿端(脚1)的电压在4V左右;

(2)误差放大器的最小反馈电阻R3大于

(下转第12页)8.8k8;

・12・微　处　理　机1999年　

3　测试结果与讨论

L80C86-2系列10种电路是依据用户认

用户要求。

L80C86-2系列10种电路经用户在实际

可的参数规范进行测试与考核。

在交直流参数测试情况中,按相应的参数规范,在DIC-8032测试系统上对L80C86-2系列10种电路的交直流参数进行了测试。结果表明,10种电路的交直流参数全部达到了规定要求,并与国外同类产品相同。

L80C86-2系列10种电路版图大多数是

系统中使用,运转正常,并可替换国外同类产品使用,满足了用户使用要求。

4　结束语

L80C86-2系列10种接口电路在DIC-8032测试系统上进行全功能、全参数测试,结

果表明:10种电路的各项参数指标均已达到了国外同类产品的规范要求,可以替换使用,满足了用户合同要求,完成了研制合同。

在L80C86-2系列10种电路的研制过程中,得到了707所、704所、115厂、20所、502所大力支持和协助,在此表示感谢。参考文献

1　喻德顺等.CMOS器件参数的温度特性研究.微处

理机,1988(3):1～82　童勤义编著.微电子系统设计导论.南京:东南大学

一次投片成功,电路试验结果符合预定要求。

L80C86-2系列10种电路版图优化设计

是版图设计关键所在,电路试验结果表明版图优化设计合理正确。

L80C86-2系列10种电路工艺制造中遇到一个突出问题是PMOS管的击穿电压偏低,经多次试验摸索,我们采用“准双阱”硅栅CMOS工艺和衬底反向注入技术取得了较好的效果,使PMOS管的击穿电压达到了参数标定要求,同时静态功耗电流也大为降低,满足了

出版社,1990:81～82

3　高德远等编著.超大规模集成电路.西安:西北工业

大学出版社,19:29

(上接第8页)

(3)电流反馈电阻Rs的选择,在正常工作

条件下,负载电流峰值由输出补偿端(脚1)的

4　结　论

采用UC3842芯片设计的功率开关器件驱动电路,不仅保留了UC3842芯片高性能的驱动能力和保护功能,而且从实用角度看,还有许多优点:如不需要稳压电源供电,而且脚8的+5V基准电源还可以供辅助电路使用;由于输出级采用大电流推挽输出,除了可以直接驱动功率MOSFET和IGBT外,还可以驱动功率晶体管和脉冲变压器。综上所述,本文设计的驱动电路不仅具有良好的输出特性和保护功能,而且成本低、使用方便,具有一定实用价值。

参考文献

1　沙占友等.新型特种集成电路及应用.北京:人民邮

电出版社,1998

电压来决定[1]:

　VPIN1-1.4V　IPK=

3RS

若出现反馈电阻R3断路等不正常工作条件时,电流传感器的门限将在内部被箝位于1.0V,因此最大峰值负载电流为:

　1.0V　IPK(max)=

RS

该驱动电路用在单片机控制的快速充电器上,实现稳定可靠的驱动,其应用参数如下:

R1=10k8,R2=6.8k8,R3=20k8,R4=20k8,R5=2k8,Rs=0.5k8,C1=0.01ΛF,C2=4700pf。