數(shù)字電源控制器 UCD3138 的 Single Frame 和前饋功能說明

作者：時間：2012-11-20 來源：網絡

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摘要

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/175998.htm

UCD3138 是德州儀器(Texas Instruments)公司推出的最新一代數(shù)字電源 控制器，于2012 年第一季度正式發(fā)布。相比于上一代數(shù)字電源 控制器UCD30xx，其在諸多方面有著重要改進，功能更加豐富，性能更加強大。本文基于一款采用硬開關全橋(副邊采用全波同步整流)拓撲的開關電源，詳細介紹了UCD3138 的Single Frame 功能和輸入電壓前饋功能。在完成對上述功能理解地同時也可以清楚的了解到UCD3138 的優(yōu)勢所在。本文的最后部分給出了參考文獻。

1、Single Frame 功能設計與實現(xiàn)

Single Frame 是一種全新的在副邊完成對原邊輸入電壓檢測的方法。通過該方法可以在副邊直接快速地檢測當前輸入電壓，實現(xiàn)欠壓保護功能，因此無需額外的輸入欠壓保護電路及光耦或數(shù)字隔離器。

1.1 Single Frame 功能介紹

在電源系統(tǒng)未正式運行前，UCD3138 芯片會周期性的發(fā)出單個或幾個驅動脈沖，使硬開關全橋工作單個或者多個周期。此時，在變壓器副邊中心抽頭處可以產生出電壓，該電壓與輸入電壓成線性關系，因此通過UCD3138 檢測該點電壓并通過軟件計算后可以得到輸入電壓?；谠撚嬎憬Y果，系統(tǒng)可以判斷輸入電壓是否達到開啟點，以決定是否退出欠壓保護并開始正常運行。

實際應用中，為保證全橋原邊側上管(驅動地為浮地)可以順利導通，通常需要連續(xù)發(fā)送幾個周期的驅動脈沖。在本文涉及的硬開關全橋中，實際發(fā)送了2 個驅動脈沖以保證UCD3138 順利檢測到正確的輸入電壓。

1.2 硬件電路設計

實現(xiàn)Single Frame 功能的硬件電路比較簡單，如下圖1。VIN_CT 網絡連接到變壓器副邊中心抽頭處，然后通過RC 濾波后連接到UCD3138 的EAP2 引腳。該電路的主要功能是實現(xiàn)變壓器中心抽頭處電壓的濾波及縮放。

圖 1：Single Frame 硬件電路

變壓器的匝比為5:2:2 。EAP2 處電壓與輸入電壓的關系為：

1.3 軟件設計

實現(xiàn)Single Frame 功能的軟件設計包括了驅動信號的配置和電壓采集及轉換等兩個部分，其中第一個部分是核心配置。下面著重討論第一部分。

1. 開關周期的設定

下面代碼設定了開關周期為5us，即200KHz。計算公式為：

#define PERIOD (20000)

Dpwm0Regs.DPWMPRD.all = PERIOD;

2. 單脈沖長度的設定

下面代碼完成了單脈沖脈寬長度的設定，包含了死區(qū)的設置。該代碼設置的時間寬度為

。即一個周期內輸出兩個脈寬長度皆為651ns 的脈沖。

Dpwm0Regs.DPWMEV1.all = 20;

Dpwm0Regs.DPWMEV2.all = 2625;

Dpwm0Regs.DPWMEV3.all = 20 + 10000;

Dpwm0Regs.DPWMEV4.all = 2625 + 10000;

3. 采樣時刻的設置

考慮到在變壓器副邊中心抽頭處電壓變?yōu)楦唠妷簳r會伴隨有尖峰和震蕩，為防止采樣錯誤，采樣點設置需要避開開始時刻。下面代碼設置了采樣點的位置：接近脈沖的結束時刻，為600ns 處。

Dpwm0Regs.DPWMSAMPTRIG1.all = 2400;

1.4 實測波形

如下圖2 所示，綠色線為全橋原邊驅動(即單脈沖)波形，其時間長度約為650ns，與軟件設計一致。黃色線為變壓器副邊中心抽頭處的電壓波形，第一個波頭是因為全橋原邊沒有完全導通造成輸入電壓沒能夠完全地傳輸?shù)礁边?，而第二個脈沖則準確地反應了輸入電壓的信息。此時，輸入電壓為50V，黃色線的平臺為20V，與理論計算一致。