Was ist ein UC3843 PWM-Controller?
Der UC3843 ist ein leistungsstarker Pulsweitenmodulations-Controller (PWM-Controller), der im Konstantstrommodus mit fester Frequenz arbeitet. Er wurde speziell für DC-DC-Wandler und Offline-Anwendungen entwickelt, wobei ein Hauptvorteil darin liegt, dass nur minimale externe Komponenten benötigt werden. Der UC3843 ist in drei verschiedenen Gehäuseformen erhältlich, die später im Detail vorgestellt werden.
Der UC-3843 bietet zahlreiche Funktionen, die ihn ideal für viele praktische Anwendungen machen. Diese umfassen einen abgeglichenen Oszillator für eine präzise Steuerung des Tastverhältnisses, einen Hochleistungsverstärker und einen Totem-Pole-Ausgang mit hohem Strom zur Ansteuerung von Power-MOSFETs. Weitere Merkmale sind temperaturkompensierte Referenz und Strommessung.
Der UC3843 kann an verschiedenen Stellen eingesetzt werden, beispielsweise in Schaltreglern mit unterschiedlichen Polaritäten sowie in transformatorgekoppelten DC-DC-Wandlern. In diesem umfassenden Leitfaden werden wir alle Details zum UC3843 ausführlich betrachten.
Einführung in den UC3843
Der UC3843 ist ein PWM-Controller im Konstantstrommodus, der vor allem für DC-DC-Wandler und Offline-Anwendungen konzipiert wurde. Dieses Bauteil führt seine Aufgaben mit minimalen externen Komponenten aus, wodurch die Komplexität der Schaltung reduziert wird. Seine Beliebtheit verdankt er seinen einzigartigen Eigenschaften wie Strommessung, Hochleistungsverstärker und einem Totem-Pole-Ausgang mit hohem Strom zur Ansteuerung von MOSFETs.
Der UC-3843 ist besonders für transformatorgekoppelte DC-DC-Wandler geeignet und bietet eine hervorragende Leistung bei minimaler Komplexität. Seine Funktionalität umfasst:
- Präzise Regelung durch Konstantstrommodus
- Schutzschaltungen für robuste Anwendungen
- Hohe Taktfrequenz für kompakte Designs
- Temperaturstabilität für zuverlässigen Betrieb
Der UC3843 ist ein wesentlicher Bestandteil moderner Schaltnetzteile und ermöglicht effiziente und zuverlässige Energieumwandlung in zahlreichen elektronischen Geräten, von Computernetzteilen bis hin zu industriellen Stromversorgungen.
UC3843 Pins & Pin-Funktionen
Der UC3843 verfügt über acht Pins, vier auf der linken und vier auf der rechten Seite des ICs. Jeder Pin hat eine spezifische Funktion, die für den korrekten Betrieb des Controllers entscheidend ist.
| Pin-Nummer | Pin-Name | Funktion |
|---|---|---|
| 1 | COMP | Ausgang des Fehlerverstärkers. Hier wird ein Kompensationsnetzwerk angeschlossen, um die Schleifenstabilität zu gewährleisten. |
| 2 | VFB | Invertierender Eingang des Fehlerverstärkers. Hier wird das Rückkopplungssignal für die Spannungsregelung angeschlossen. |
| 3 | CURRENT SENSE | Strommesseingang. Überwacht den Stromfluss durch den Leistungsschalter. Wenn die Spannung an diesem Pin 1V überschreitet, wird der PWM-Zyklus beendet. |
| 4 | RT/CT | Timing-Eingang. Hier werden der Timing-Widerstand und -Kondensator angeschlossen, die die Oszillatorfrequenz bestimmen. |
| 5 | GND | Masseanschluss. Referenzpunkt für alle Signale im IC. |
| 6 | OUTPUT | Totem-Pole-Ausgang. Liefert den Ansteuerpuls für den externen Leistungs-MOSFET oder -Transistor. |
| 7 | VCC | Versorgungsspannung. Versorgt den IC mit der nötigen Betriebsspannung. |
| 8 | VREF | Referenzspannungsausgang. Liefert eine stabile 5V-Referenz für externe Beschaltung. |
Die korrekte Beschaltung dieser Pins ist entscheidend für die optimale Funktion des UC3843 in einer Schaltung. Besondere Aufmerksamkeit sollte dem CURRENT SENSE-Pin gewidmet werden, da dieser für die Strombegrenzung und den Überstromschutz verantwortlich ist.
UC3843 Pinbelegung
Die Pinbelegung ist ein wesentlicher Aspekt beim Verständnis und der korrekten Implementierung des UC3843.
Bei der Platinengestaltung ist die korrekte Verbindung dieser Pins entscheidend. Besonders wichtig ist die saubere Trennung der Signalmasse von der Leistungsmasse, um Störungen zu minimieren. Die Pins COMP und VFB sollten möglichst kurz und direkt verbunden werden, um Störeinkopplungen zu vermeiden. Der OUTPUT-Pin sollte eine niedrige Impedanz zur Ansteuerung des Leistungsschalters aufweisen.
UC3843 Gehäuseformen
Der UC3843 ist in drei verschiedenen Gehäuseformen erhältlich, um unterschiedlichen Platzbedürfnissen und Montageanforderungen gerecht zu werden.
| Gehäusetyp | Bezeichnung | Beschreibung |
|---|---|---|
| DIP-8 | N | Dual Inline Package mit 8 Pins. Geeignet für Durchsteckmontage und einfache Prototypen. |
| SOIC-8 | D | Small Outline Integrated Circuit mit 8 Pins. SMD-Gehäuse für platzsparende Designs. |
| PDIP-8 | J | Plastic Dual Inline Package mit 8 Pins. Robustes Gehäuse für industrielle Anwendungen. |
Die Wahl des Gehäuses hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem verfügbaren Platz auf der Leiterplatte, der Montageform (THT oder SMD) und den thermischen Anforderungen der Anwendung.
UC3843 Gehäuseabmessungen
Die genauen Abmessungen der verschiedenen Gehäuseformen sind wichtig für das PCB-Design und die mechanische Integration.
| Gehäusetyp | Länge (mm) | Breite (mm) | Höhe (mm) | Pinabstand (mm) |
|---|---|---|---|---|
| DIP-8 (N) | 9,81 | 6,35 | 4,57 | 2,54 |
| SOIC-8 (D) | 4,90 | 3,91 | 1,55 | 1,27 |
| PDIP-8 (J) | 9,81 | 6,35 | 4,57 | 2,54 |
Die SOIC-8-Variante bietet etwa 70% Platzersparnis gegenüber der DIP-Version und ist daher für kompakte Designs bevorzugt. Bei Anwendungen mit hoher Verlustleistung sollte jedoch die bessere Wärmeabfuhr der DIP-Gehäuse berücksichtigt werden.
UC3843 Schaltplan
Der UC3843 kann in verschiedenen Schaltungskonfigurationen eingesetzt werden. Hier ist ein grundlegender Verstärkungsschaltkreis unter Verwendung des UC-3843:
Diese Grundkonfiguration kann für viele Anwendungen verwendet und an spezifische Anforderungen angepasst werden. Die Werte von R4 und C3 bestimmen die Schaltfrequenz, während R1 und R2 den Spannungsteiler für die Referenzspannung bilden. Das RC-Netzwerk aus C2 und R5 dient der Frequenzkompensation für eine stabile Regelung.
In praktischen Anwendungen wird der UC3843 oft in einem Flyback-Converter verwendet, wo er den Primärstrom des Transformators regelt und so eine stabile Ausgangsspannung gewährleistet. Die Strommessung erfolgt über einen Shunt-Widerstand in der Source-Leitung des Leistungs-MOSFETs.
UC3843 Symbolische Darstellung
In Schaltplänen wird der UC3843 typischerweise als ein Rechteck mit acht Pins dargestellt. Dies entspricht der standardisierten Darstellung für integrierte Schaltkreise. Die Pins werden gemäß ihrer Funktion beschriftet, wobei der Versorgungspin (VCC) üblicherweise oben und der Massepin (GND) unten platziert wird.
Die symbolische Darstellung kann je nach CAD-Software variieren, folgt aber generell diesem Schema:
┌─────────┐
COMP │1 8│ VREF
│ │
VFB │2 7│ VCC
│ UC3843 │
CS │3 6│ OUT
│ │
RT/CT│4 5│ GND
└─────────┘
Dieses Symbol wird in Schaltplänen verwendet, um den UC-3843 klar zu identifizieren und seine Verbindungen zu anderen Komponenten darzustellen. Die Nummerierung der Pins entspricht der physischen Anordnung im Gehäuse.
UC3843 Leistung – Strom & Spannung
Die elektrischen Kennwerte des UC-3843 sind entscheidend für die korrekte Auslegung der Schaltung und die Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs.
| Parameter | Min | Typ | Max | Einheit |
|---|---|---|---|---|
| Versorgungsspannung (VCC) | 10 | 12 | 30 | V |
| UVLO Start-Schwelle | 8,4 | 8,9 | 9,4 | V |
| UVLO Stop-Schwelle | 7,4 | 7,9 | 8,4 | V |
| Referenzspannung (VREF) | 4,9 | 5,0 | 5,1 | V |
| Oszillatorfrequenz | 47 | 52 | 57 | kHz |
| Maximum Duty Cycle | 94 | 97 | 100 | % |
| Ausgangsstrom (Source) | 0,2 | 0,5 | – | A |
| Ausgangsstrom (Sink) | 0,4 | 1,0 | – | A |
| Stromverbrauch | – | 11 | 17 | mA |
| Betriebstemperaturbereich | 0 | – | 70 | °C |
Diese Werte sind entscheidend für die korrekte Dimensionierung der Versorgung und der angeschlossenen Komponenten. Besonders wichtig ist die UVLO-Funktion (Under Voltage Lock Out), die verhindert, dass der Controller bei unzureichender Versorgungsspannung arbeitet und möglicherweise unvorhersehbares Verhalten zeigt.
Die hohe Genauigkeit der Referenzspannung (±2%) ermöglicht eine präzise Spannungsregelung, während die leistungsstarken Ausgänge eine direkte Ansteuerung von MOSFETs ohne zusätzliche Treiberstufen ermöglichen.
UC3843 Eigenschaften
Die spezifischen Eigenschaften des UC3843 machen ihn zu einer hervorragenden Wahl für viele Anwendungen in der Leistungselektronik.
| Eigenschaft | Beschreibung | Vorteil |
|---|---|---|
| Konstantstrommodus | Regelung basierend auf dem momentanen Stromfluss | Schnelle Reaktion auf Laständerungen, bessere Stabilität |
| Feste Schaltfrequenz | Oszillator mit präziser Frequenzeinhaltung | Vorhersehbares EMV-Verhalten, einfachere Filterauslegung |
| Hochleistungs-Totem-Pole-Ausgang | Leistungsstarke Ausgangsstufe | Direkte MOSFET-Ansteuerung möglich |
| Temperaturkompensierte Referenz | Stabile 5V-Referenz über weiten Temperaturbereich | Konstante Regelgenauigkeit unter verschiedenen Betriebsbedingungen |
| Unterspannungsabschaltung | Deaktivierung bei zu niedriger Versorgungsspannung | Schutz vor undefiniertem Verhalten bei Spannungseinbrüchen |
| Überstromschutz | Zyklus-für-Zyklus-Strombegrenzung | Sofortiger Schutz bei Überlast oder Kurzschluss |
| Fehlerverstärker mit hoher Verstärkung | Präzise Spannungsregelung | Geringe Abweichung der Ausgangsspannung bei Lastschwankungen |
| Niedriger Stromverbrauch | Typisch 11mA Betriebsstrom | Geeignet für energieeffiziente Designs |
| Weiter Betriebstemperaturbereich | 0°C bis 70°C (kommerziell) | Einsatz in verschiedenen Umgebungen möglich |
Diese Eigenschaften machen den UC-3843 zu einem vielseitigen und zuverlässigen Baustein für viele Anwendungen in der Stromversorgungstechnik.
UC3843 Anwendungen
Der UC3843 findet aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften in zahlreichen Anwendungen Einsatz:
- Schaltregler mit unterschiedlichen Polaritäten
- Flyback-Converter (Sperrwandler)
- Forward-Converter (Durchflusswandler)
- Push-Pull-Converter für höhere Leistungen
- Offline-Schaltnetzteile für Computer und Elektronikgeräte
- LED-Treiber mit konstantem Strom
- Motorsteuerungen mit Strombegrenzung
- Solarladeregler für Photovoltaikanlagen
- Telekommunikationsgeräte mit hohen Effizienzanforderungen
- Batterieladegeräte mit präziser Laderegelung
- Industrielle Stromversorgungen mit breitem Eingangsspannungsbereich
- Medizinische Geräte mit hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit
- Audio-Verstärker der Klasse D für effiziente Audiosignalverstärkung
- Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV)
- DC-DC-Wandler für Automobilanwendungen
Die Vielseitigkeit des UC3843 zeigt sich in der breiten Palette an Anwendungen, die von einfachen DC-DC-Wandlern bis hin zu komplexen Industriestromversorgungen reichen.
UC3843 Äquivalent & Alternativen
Es gibt mehrere ICs, die als Alternative zum UC3843 verwendet werden können, je nach spezifischen Anforderungen der Anwendung:
- UC3842: Ähnlich wie UC3843, aber mit anderem UVLO-Verhalten (On bei 16V, Off bei 10V)
- UC3844: Reduziertes Maximum Duty Cycle auf 50% für Forward-Converter
- UC3845: Kombiniert 50% Duty Cycle wie UC3844 mit UVLO-Verhalten des UC3843
- TL494: Beliebter PWM-Controller mit zwei Fehlerverstärkern
- SG3525: Controller mit integriertem Flip-Flop für Push-Pull-Anwendungen
- LM3524: Klassischer PWM-Controller mit flexiblen Anwendungsmöglichkeiten
- MC34063: Einfacher Schaltregler-IC für niedrigere Leistungen
- NCP1200: Moderner Controller für Energy-Star-konforme Designs
- TOP Switch: Integrierte Lösung von Power Integrations für vereinfachtes Design
- IR2153: Selbstoszillierender Halbbrückentreiber für höhere Leistungen
- UCC28C4x-Familie: Nachfolgereihe mit verbesserten Eigenschaften
- NCP1395: Controller mit fortschrittlichen Energiesparfunktionen
- ICE3Axxx-Familie: Hochintegrierte Controller mit PFC-Funktion
- FAN7554: Controller mit synchronem Gleichrichter für höhere Effizienz
Bei der Auswahl einer Alternative sollten Parameter wie Schaltfrequenz, maximales Duty Cycle, UVLO-Verhalten und spezielle Funktionen wie Soft-Start oder Strombegrenzung berücksichtigt werden.
Zusammenfassung
Der UC3843 ist ein vielseitiger PWM-Controller im Konstantstrommodus, der sich durch seine robusten Funktionen und einfache Implementierung auszeichnet. Mit seiner festen Schaltfrequenz, der präzisen Strommessung und dem leistungsstarken Ausgang bietet er eine ideale Lösung für viele Anwendungen in der Schaltnetzteiltechnik.
Die wichtigsten Vorteile des UC-3843 sind seine hohe Genauigkeit, der breite Betriebsspannungsbereich und die integrierte Schutzfunktionen, die einen zuverlässigen Betrieb gewährleisten. Durch die Verfügbarkeit in verschiedenen Gehäuseformen kann er sowohl in platzsparenden SMD-Designs als auch in robusteren Durchsteckmontage-Anwendungen eingesetzt werden.
Besonders in Flyback- und Forward-Converter-Topologien zeigt der UC3843 seine Stärken und ermöglicht effiziente, kompakte und kostengünstige Stromversorgungslösungen. Seine weite Verbreitung in der Industrie hat dazu geführt, dass umfangreiche Dokumentation und Referenzdesigns verfügbar sind, was die Entwicklungszeit für neue Projekte verkürzt.
Mit dem richtigen Verständnis seiner Funktionen und Eigenschaften kann der UC-3843 optimal in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden und bietet dabei ein ausgewogenes Verhältnis von Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten.
UC3843 Datenblatt
Weitere Informationen gibt es in dem UC3843 Datenblatt zum Download.