玩转PSIM之UC3825芯片仿真建模

今天给大家介绍UC3825这款芯片,这个芯片可以说是我步入这个行业真正接触的第一个芯片, 当时是做一个逆变器的项目,采用3825两路发波驱动推挽电路,类似另外一个芯片3525,都是应用非常广泛的芯片。像PWM调节控制的芯片,形成完美的闭环工作,必须包含这四个部分,供电,内部振荡发生器,反馈调节,输出驱动。以下文章主要建模这四个模块。

首先是如何实现PWM波,PWM芯片一般都是采用三角波来实现PWM波,也就是对电容的充放电,我们根据UC3825的规格书可以发现。

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5脚内部是一个3V的直流源,5脚通过Rt电阻接地,上面就形成一个电流IR,此电流镜像到Ic给6脚电容充电,6脚电压上升到2.8V,CLK变高,Ct电容以10mA电流放电,到Ct电压为1V的时候,CLK输出为低,Ct电容开始下一个周期充电,不断重复形成连续的三角波。其中CLK在放电时间为高电平,可以作为死区。

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三角波

PWM芯片一般还有另外一种功能就是前沿消隐功能,3825主要是通过4脚实现这个功能,从内部模块图我们可以看到,当CLK为高电平,会驱动内部三极管导通,从而会有一个4V电压加到4脚上面,4脚电压和2.4V电压比较,大于2.4V输出为低,低于2.4V输出为高,其中从4V到2.4V,是4脚上的电容放电,这个时间就为前沿消隐时间,时间的长短取决于电容的大小,可以根据实测管子开通瞬间电流的尖峰持续时间来选取,这个功能主要是避免,开通瞬间触发逐周期保护。

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振荡器发生电路

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如图蓝色为死区时间,刚好对应三角波电压从2.8V到1V区间。从三角波1V低点到绿色高电平之间的时间即为前沿消隐时间。

接着上面讲3825其它几个模块的建模,主要详细讲述反馈调节以及保护模块,并建立完整芯片的建模。

首先是反馈调节部分,我们还是需要结合芯片内部结构模块图做分解。

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反馈调节部分,1脚是反相输入,2脚是正向输入,3脚是运放输出,通常3脚和1脚连在一起,做反馈补偿,3脚输出和7脚上面叠加1.25电压进行比较,进而调节占空比。其中运放通过一个三极管连接到8脚,当8脚电压比较低,也就是缓起的时候,可以限制运放的环路输出,达到软起的目的。8脚是如何缓起以及控制的了,我们通过仿真建模详细论述。

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8脚连接电容到地,一个9uA的恒流源对电容充电,电容的大小决定了缓起的时间长短, 这里做了一个5V的电压限制,缓起最高到5V,当电压缓起到5V的时候,U3比较器输出为高,此时假设电路没有过流故障,也就是ILIM脚电压低于1.2V,U4的输出Q为低电平,Q非为高电平,U5的输出Q为低电平,此时SS脚电压保持在5V,缓起完成,进入正常工作状态;当ILIM高于1.2V,也就是出现过流故障,此时U2输出为高,RS触发器U4输出Q为高,RS触发器U5输出Q为高,SS脚电容则以恒流源250uA进行放电,当放电到0.2V,RS触发器U4复位,Q非输出为高,RS触发器U5也复位,Q输出为低,SS脚电容则又以9uA电流进行充电,从复上述步骤;当在缓起过程中出现故障,则SS脚充电不受影响,直到5V,然后放电到0.2V触发器复位,从新判断状态,也就是故障会锁存到下一个缓起周期。

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红色部分即为SS脚电压,蓝色部分为ILIM脚电压,当ILIM脚变高的时候,SS脚电压会继续充电直到为5V,触发器置位,然后放电复位,进行下一个缓起状态。

其它芯片内部功能不做过多描述,建模按内部模块提供的逻辑即可。

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为了有波形输出,一些脚位进行了电压的置高或置低,对于电压模式,可以用NI脚做反馈电压,INI脚做基准电压,调节环路输出,从而控制占空比。

玩转PSIM之UC3825芯片仿真建模
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环路输出和三角波的切割,产生占空比。

接下来讲述如何根据我们上两期的功能模块建成一个芯片,下面详细细化步骤。

第一步,画出上面的芯片内部功能模块图

第二步,根据芯片的封装脚数和脚位确定,芯片的摆放方式

1、Subcircuit(Set Size),选择芯片尺寸

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2、查询芯片脚位名称,按芯片封装顺序,添加引脚

Subcircuit(Place Bi-directional Port),按顺序添加

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3、添加完毕之后保存,新建页面,点击Subcircuit(New Subcircuit) 会出现一个方框,选中方框,右键Attributes,会弹出如图对话框,选中Change Subcircuit File添加上一步我们保存的芯片内部功能模块图,就会出现芯片的封装

玩转PSIM之UC3825芯片仿真建模
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创建好的芯片,双击芯片会出现内部功能模块图,根据新创建的芯片,我们搭一个推挽电路,电压模式闭环控制,注意芯片的封装图需要和仿真原理图放在同一目录下。

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整个原理图如上所示,变压器咋比1:12,输出稳定150V,负载7.5欧姆,整个闭环控制的原理是通过光耦进行输出反馈,反馈电压接到NI脚,将INV和EAOUT连在一起,整个运放就是一个电压跟随器,也就是EAOUT的电压就是NI端的电压,这个电压和RAMP上面的电压叠加1.25V之后进行比较,切割三角波,调节占空比

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占空比缓起

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