基于UC3843 Spice 模型的車載LED 照明驅動電路研究

楊廣華 李玉蘭 于莉媛 馬 浩 任賀宇

（1.天津工業大學電氣工程與自動化學院電工電能新技術重點實驗室 天津 300371 2.軍事交通學院軍事物流系 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常可進行較為精確的PWM 控制，可提供溫度補償的基準電壓、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，是構建用于AC/DC 以及DC/DC 開關電源的較為理想的芯片[1-3]。在設計LED 照明驅動電路中，通常使用UC3842 或UC3843 等芯片。由于一些電路設計軟件如 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，因此技術人員一般只能在電路方案確定后直接進行控制電路的調試，不能做仿真設計，這對電源控制電路的精確設計有一定的妨礙。

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

2 UC3843 芯片及Spice 模型

2.1 UC3843 芯片介紹

由TI 公司提供的技術文檔可知，UC3843 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調制方式，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 基準電壓進行比較，產生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；③腳為電流檢測輸入端，當檢測電壓超過1V 時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態；④腳為定時端，內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數決定，f=1.72/(RT×CT)；⑤腳為公共地端；⑥腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns，驅動能力為±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 基準電壓輸出端，有50mA 的負載能力[4-6]。電路方框圖如圖1 所示。

圖1 UC3843 內部結構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。由于內部電路器件眾多，結構復雜，這里僅做部分內容分析。模型的第一行是子電路標題名稱及相關引腳。

子電路標題中后邊的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 芯片的內部方框圖與電源驅動電路常用的 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 適用于低壓驅動設計，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：

盡管各公司生產的UC384X 系列芯片有一定差別，但基本參數是相同的，可以根據此模型對應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

車載應用大功率 LED 照明電源為額定電壓12V，額定容量為50AHV。負載LED 燈組采用3個額定功率P=3W 的大功率LED 串聯連接，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。所設計的峰值電流模式控制的有源紋波補償Buck 型LED 驅動電路原理圖如圖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正向電壓的負溫度效應導致的輸出電流增大而形成惡性循環。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（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 照明驅動電路由PWM 控制完成，UC3843為PWM 控制芯片，主要參數如占空比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為開關的周期，即TON+TOFF；VD為二極管正向導通時的壓降；VDS(ON)為MOSFET 飽和導通時候的壓降；D為開關管導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%。補償電路的參數設置為：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果如圖3a 所示，可以看出此時電感電流和補償電流振蕩嚴重，是不穩定的；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 直流電源的電路驅動3W LED 如圖4 所示。

圖4 實際驅動電路Fig.4 the actual driving circuit

4 結論

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

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