拿下“大工程” 做一个UC3843的Boost升压模块

一、学习UC3843芯片

网上对UC3843系列芯片的使用讲解的非常之多，只要认真学习不难发现，最重要的就是吃透后搭建简单实用的电路，还有模块功能、设计要点和计算方法都应该熟记于心了。

图1 UC3843系统图

1、设置PWM最大占空比和频率

PWM脉冲由RT和CT谐振产生，设计RT和CT参数时，先设计最大占空比确定RT，再通过频率确定CT的数值。PWM波形的最大占空比仅由RT函数确定，为了保护电路可以通过限制最大占空比来实现，(比如Boost电路中设置最大占空比为50%，那么输出电压最大值就不可能超过输入电压的50%)公式如下所示：

公式中已知量VRT/CT(valley)= 1.2V，VRT/CT(peak)= 2.8V，Vref= 5V，Idischg= 8.3mA，RT为谐振电阻。以Boost电路为例，为防止输出电压过高，设定Dmax<70%，于是电阻就选择了比较常见的RT=1KΩ，Dmax=64.2%。

表1 RT与Dmax关系表

根据频率选择恰当的电阻，要求PWM适当高些大于50KHz，可以减小电感量，找到0.8上的第二根水平线与50K竖直线的交叉处，估算到CT应该大于10nF，估计在15nF以上，查看电容情况，挑选比较接近的22nF的电容，CT=22nF。

图2 频率设置曲线图

估算完毕后，依据公式核算。

计算值53.4KHz，实际值53.7KHz，比较准确了。

2、电压反馈环节设计

采用最基本的方案，2脚电压反馈输入，1脚电压反馈补偿输入，如图3所示。

图3 电压反馈环节设计

2脚的参考电压是2.5V，Rf要求大于8.8K，我的频率不是特别高，反馈也不是要求响应特别快，因此选用大家用得多的参数Rf=100K，Cf=100pF。调节Ri和Rd的数值，就可以调节输出电压了，计算公式是：VO=2.5*(Rd+Ri)/Rd。

3、电流反馈环节设计

图4 电流反馈环节设计

3脚是电流反馈输入，参考电压值是1V(超过1V时响应，减小PWM占空比)限流靠设计RS的值，设计时由于没有合适电阻(要同时考虑阻值和功率)，只能将就选择0.05Ω/2W的电阻串上一个保险丝来代替(我估计在平均电流小时应该有0.07欧左右，平均电流大时应该有0.15欧电阻，这样可以限制电流6.5A以内)。R的值比较随意，一般就是常见的1K和10K，但C的值不能太大了，导致电流反馈延时太大了，很容易造成过流时间太长，PWM芯片才有响应的问题，而选择太小了就容易受到尖峰的干扰，所以电阻1K的电阻，200pF的电容比较合适，在54KHz频率下对电流有一定的限制。

二、设计主电路参数

图5 Boost电路结构

主电路参数设置如下：

1、Vin工作电压 12~18V

2、Vout工作电压 20.5V

3、电感 100mH，6A工作电路

设计参数时，最重要的是开关频率和电感平均电流，给大家一个用Matlab-simulink搭建的简易开环Boost模型，可以自己设置参数波形是否合理。此模型是开环的，启动时冲击电流很大，可以不管，因为UC3843中电流反馈可以实现软起动，只要注意看稳态时电感上的平均电流就可以了，电感电流选择上最好留50%的余量。

三、电路原理图

图6 基于UC3843的Boost升压电路原理图

1、R7、R10、R9构成输出电压反馈环节，调节R10就能改变输出电压了。这里电阻R9设置为7K是为了防止电压升得太高，如果你需要的电压较高就的适当减少R9。

Vmax=2.5*(7K+51K)/7K=20.7V

Vmin=2.5*(10K+7K+51K)/(10K+7K)=10V

2、电阻R4，保护MOSFET，防止源极开路。

3、二极管D2一定要用低导通压降的肖特基二极管，最好能装散热片的。

4、输入输出两端的支撑电容当然越大越好，不过我这个参数下1000uF时，输出已经非常好了，特别提醒大家电容是有耐压值的，如果你要输出30V，却用25V耐用电容，通电时间稍微长点就会爆电容的，非常可怕!

5、由于大家的元器件尺寸不同，就不提供PCB图了，直接上第一版实物。

图7 实物的正视、侧视、背面图

四、总结

UC3843是一款不错的PWM芯片，有两个反馈环，电压环精确稳压，电流反馈可以限流保护，比单独用单片机成本低，可靠性高，同时不占用单片机资源。像这样最精简的UC3843外围结构，比较适合初学者入手制作。如果再配上高频变压器，使用的方式和功能就更加丰富了。对于芯片来说，TL494可以代替UC3843，功能上是差不多，还有哪些特别之处就需要大家在不断尝试与研究中积累经验，用在今后的电源设计中。