基于UC3843 Spice 模型的车载LED 照明驱动电路研究

杨广华 李玉兰 于莉媛 马 浩 任贺宇

（1.天津工业大学电气工程与自动化学院电工电能新技术重点实验室 天津 300371 2.军事交通学院军事物流系 天津 300161）

1 引言

UC38XX 系列芯片广泛用于制备开关电源的控制电路，特点是高性能、PWM 电流模式控制且性价比高。此系列的集成控制芯片通常可进行较为精确的PWM 控制，可提供温度补偿的基准电压、高增益容差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是构建用于AC/DC 以及DC/DC 开关电源的较为理想的芯片[1-3]。在设计LED 照明驱动电路中，通常使用UC3842 或UC3843 等芯片。由于一些电路设计软件如 NI 公司的 Multisim 通常只有UC3842 芯片的Spice 模型，而没有提供UC384X 系列其他芯片的Spice 模型，因此技术人员一般只能在电路方案确定后直接进行控制电路的调试，不能做仿真设计，这对电源控制电路的精确设计有一定的妨碍。

本文研究如何通过参数分析一些公司提供UC3843 等芯片的Spice 模型，进而应用到其他公司UC3843 芯片中，并设计了PWM 控制的Buck 型直流降压LED 电路，实现3W LED 驱动的仿真及控制。

2 UC3843 芯片及Spice 模型

2.1 UC3843 芯片介绍

由TI 公司提供的技术文档可知，UC3843 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8 个引脚，各脚功能如下：①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V 时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.72/(RT×CT)；⑤脚为公共地端；⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns，驱动能力为±1A；⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过电压锁定功能，芯片功耗为15mW；⑧脚为5V 基准电压输出端，有50mA 的负载能力[4-6]。电路方框图如图1 所示。

图1 UC3843 内部结构图及芯片封装顶视图Fig.1 UC3843 internal structure and chip packaging top view

以NI 公司Multisim 软件所提供的UC3842 Spice模型进行分析。由于内部电路器件众多，结构复杂，这里仅做部分内容分析。模型的第一行是子电路标题名称及相关引脚。

子电路标题中后边的comp、VFB、isens、RAC、0、out、vcc、ref1 分别为芯片引脚名称COMP、VFB、Isense、RT/CT、GROUND、OUTPUT、VCC、VREF。

2.2 Spice 模型

UC3843 芯片的内部方框图与电源驱动电路常用的 UC3842 基本相同。两款芯片不同处在于UCX842A 有16V（通）和10V（断）的低压锁定门限，适用于离线变换器，UCX843A 适用于低压驱动设计，欠电压锁定门限为8.5V（通）和7.6V(断)，可见更适用于车载蓄电池等12V 电源的欠电压电路应用。LT Spice 中的uc394x.lib 中有安森美公司提供的UC3843 芯片模型如下：

尽管各公司生产的UC384X 系列芯片有一定差别，但基本参数是相同的，可以根据此模型对应其他公司的芯片引脚，并且要考虑到各软件对于所用Spice 模型的细微差别，就可以应用于其他软件的电路仿真中。

3 基于UC3843 芯片的Buck 型LED 控制电路

车载应用大功率 LED 照明电源为额定电压12V，额定容量为50AHV。负载LED 灯组采用3个额定功率P=3W 的大功率LED 串联连接，每个LED 的工作电压范围为3.0～3.5V，工作电流范围为0.2～0.3A。所设计的峰值电流模式控制的有源纹波补偿Buck 型LED 驱动电路原理图如图2 所示。

图2 带斜坡补偿降压型电路Fig.2 the buck circuit with slope compensation

控制电路将传统峰值电流控制模式的输出电压反馈改进为输出电流反馈，这样可以避免因LED正向电压的负温度效应导致的输出电流增大而形成恶性循环。通过由运放A3 组成的差分式放大电路检测输出电流信号，与输出电流给定参考信号Uref=0.7V 比较并放大后形成电流环（峰值电流控制）给定信号。输出电流采样电阻Ro=0.1Ω，电感电流采样电阻Rs=0.5Ω[3-6]。

Buck 型LED 照明驱动电路由PWM 控制完成，UC3843为PWM 控制芯片，主要参数如占空比D、输出电压、电感、输出滤波电容以及电源效率计算公式如下。

占空比

式中，fosc为开关的频率(Hz)；△IL为电感输出的文波电流，可取为最小输出电流的2 倍；△Vo为输出电压峰峰值；T为开关的周期，即TON+TOFF；VD为二极管正向导通时的压降；VDS(ON)为MOSFET 饱和导通时候的压降；D为开关管导通时间与控制信号周期的比值，称之为控制信号的占空比。

L=100uH，时钟频率fs=100kHz，D=85%。补偿电路的参数设置为：R=10kΩ，C=0.01uF，RT=1Ω。

电路未加入斜坡补偿时电感电流和补偿电流波形仿真结果如图3a 所示，可以看出此时电感电流和补偿电流振荡严重，是不稳定的；加入斜坡补偿后，由图3b 可见波形幅度是有所减小的。

图3 加入补偿前后波形Fig.3 The curve before compensation after adding

最终使用12V 直流电源的电路驱动3W LED 如图4 所示。

图4 实际驱动电路Fig.4 the actual driving circuit

4 结论

通过分析部分公司提供的UC3843 Spice 模型，根据Multisim 软件中器件模型程序要求，进行修正实现仿真。另外，依据UC3843 适用低电压电路的特点，设计出适用于车载照明的照明系统，增加斜坡电路提高了驱动电路的稳定性。

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