數(shù)字電源控制器UCD3138的數(shù)字比較器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應用說明

摘要

數(shù)字電源控制器UCD3138 內(nèi)部集成有 4 個數(shù)字比較器，可以靈活配置其輸入端和參考值。模擬前端(AFE)模塊的絕對值量和EADC 的輸出都可以作為數(shù)字比較器的輸入，因此使用數(shù)字比較器可以實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓的故障響應與保護。UCD3138 內(nèi)部集成有 16 個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中名稱為 ADC15 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器不對外部開放，可以用來檢測 3 個AFE 模塊中任何一個的 EAP 或 EAN 引腳，實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓的精確采集，最終可以實現(xiàn)對輸出電壓的故障響應與保護。

1、UCD3138 的數(shù)字比較器

UCD3138 內(nèi)部集成有4數(shù)字比較器，可以以AFE 的絕對值量或者誤差值為輸入端，靈活配置參考值，最終實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓故障(過壓，欠壓等)的快速響應與保護。

1.1 數(shù)字比較器的硬件電路簡介

圖 1 所示的是UCD3138 芯片內(nèi)部模擬前端(Analog Front End，AFE)的框圖。輸出電壓在分壓后以差分信號的方式進入到AFE 模塊，與參考電壓(DAC0 的輸出值)比較后得到誤差信號(模擬量);該誤差信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字量，然后輸入到數(shù)字環(huán)路補償模塊(Filter)。

Figure 1. UCD3138 AFE 模塊框圖

為豐富應用的靈活性，用戶設置的參考值(數(shù)字量)與EADC 的輸出值(數(shù)字量)相加后生成一個叫做“ 絕對值量(absolute value)” 的數(shù)字信號，可以表征實際采集到的電壓信息(即Vd 的值)。

UCD3138 的數(shù)字比較器就是以數(shù)字誤差信號(B 點值)或絕對值量(C 點值)作為一個輸入端，參考電壓值(用戶可以自行設置)為另一個輸入端所組成，觸發(fā)后可以配置其關斷任何一路DPWM。

UCD3138 中有3 個AFE 模塊，同樣地，也有4 個數(shù)字比較器。

1.2 數(shù)字比較器涉及的關鍵寄存器

1.2.1 EADC的輸出

EADC 的輸出是參考電壓與輸入模擬量相減后的值在數(shù)字化之后的信息量，即數(shù)字誤差量，其范圍與AFE 自身的增益有直接關系。例如，當增益值設置為1 時，其輸出范圍是+248~-256;而增益設置為8 時，輸出范圍是+31~-32.

寄存器EADCRAWVALUE 的第0~8 位(共9bit，名稱為RAW_ERROR_VALUE)保存的即為EADC 的輸出，分辨率為1mV/bit。

1.2.2 DAC的輸入

DAC 的輸出即為系統(tǒng)的參考電壓。在UCD3138 的實際應用中，用戶可以設置DAC 的輸入值，為數(shù)字信號量。寄存器EADCDAC 的第4~13 位(共10bit，名稱為DAC_VALUE)保存了用戶的設置值。分辨率為1.5625mV/bit。

1.2.3 絕對值量

寄存器 EADCVALUE 的第16~25 位(共10bit，名稱為ABS_VALUE)保存的就是絕對值量，分辨率為1.5625mV/bit。

上文提到，絕對值量是EADC 的輸出信息與DAC 的輸入信息相加得到的，但并不是二者數(shù)字量的直接相加，因為其分辨率不同。事實上，上述三個數(shù)字量所各自表征的模擬量存在等式關系。

例如，某條件下，EADC 的輸出(ERROR_VALUE)為192;DAC 的輸入為747;絕對值量(ABS_VALUE)為624，如下圖2 所示。

Figure 2. Memory Debugger 中讀取到的寄存器值

顯然，747-624=123≠ 192。但是，各自的模擬量則滿足等式關系，如下：

EADC 的輸出192 對應的模擬量為192×1mV/bit=192mV;

DAC 的輸入747 對應的模擬量為 747×1.5625mV/bit=1167.1875mV;

絕對值量624 對應的模擬量為 624×1.5625mV/bit=975mV;

◎ 最終，1167.1875-975=192.1875≈ 192.

或者，三個數(shù)字量可以在增加衰減系數(shù)后存在如下等式關系：

1.3 數(shù)字比較器的軟件配置

在程序初始化階段，可以完成對數(shù)字比較器的配置。以配置數(shù)字比較器0 為例，主要代碼如下：

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.CNT_THRESH = 1;

上述代碼配置只需觸發(fā)一次數(shù)字比較器就會產(chǎn)生一個fault。

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.FE_SEL = 0;

上述代碼配置數(shù)字比較器的輸入為AFE0 的絕對值量。也可以配置為EADC 的輸出。另外，其余兩個AFE 的絕對值量和EADC 的輸出也可以配置為數(shù)字比較器0 的輸入。

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.COMP_POL = 1;

上述代碼配置為數(shù)字比較器的輸入高于參考量后才會觸發(fā)。

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.THRESH = 850;

參考量設置為850。如果輸入量選擇為絕對值量，則當Vd 電壓大于850×1.5625mV/bit =1.33V 時便會觸發(fā)數(shù)字比較器。

FaultMuxRegs.DPWM0FLTABDET.bit.DCOMP0_EN=1;

上面代碼配置為，數(shù)字比較器觸發(fā)后立即關斷DPWM0A 和DPWM0B。

1.4 數(shù)字比較器的實際應用結(jié)果

實際調(diào)試時，圖1 的Vd 處外接一個可調(diào)電壓，并由0V 慢慢增大?？梢杂^察到，當電壓超過1.33V 后，驅(qū)動信號便立即被關閉，符合預期，如下圖3(CH3 為Vd 電壓，CH2 為DPWM0B)。

Figure 3. 數(shù)字比較器觸發(fā)后關閉DPWM0B