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Application Report ZHCA449 C July

2012 1 数字电源控制器 UCD3138 的Single Frame 和前馈功能说明 Neil Li, Sundy Xu China Telecom Application Team 摘要UCD3138 是德州仪器(Texas Instruments)公司推出的最新一代数字电源控制器,于2012 年第一季度正式发布.

相比于上一代数字电源控制器 UCD30xx,其在诸多方面有着重要改进,功能更加丰富,性能更加强大.本文基于 一款采用硬开关全桥(副边采用全波同步整流)拓扑的开关电源,详细介绍了 UCD3138 的Single Frame 功能和输 入电压前馈功能.在完成对上述功能理解地同时也可以清楚的了解到 UCD3138 的优势所在.本文的最后部分给出 了参考文献. 目录1Single Frame 功能设计与实现.2 1.1 Single Frame 功能介绍.2 1.2 硬件电路设计.2 1.3 软件设计.2 1.4 实测波形.3

2 前馈功能的设计与实现

4 2.1 前馈功能实现原理描述.4 2.2 前馈功能的实现

5 3 参考文献.6 图图1:Single Frame 硬件电路

2 图2:Single Frame 实测波形

3 图3: 前馈内部处理模块.4 图4:前馈输出最终与环路输出相乘.4 图5:Kc 启用不当造成输出有跌落

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2 数字电源控制器 UCD3138 的Single Frame 和前馈功能说明

1 Single Frame 功能设计与实现 Single Frame 是一种全新的在副边完成对原边输入电压检测的方法.通过该方法可以在副边直接快速地检测当 前输入电压,实现欠压保护功能,因此无需额外的输入欠压保护电路及光耦或数字隔离器. 1.1 Single Frame 功能介绍 在电源系统未正式运行前,UCD3138 芯片会周期性的发出单个或几个驱动脉冲,使硬开关全桥工作单个 或者多个周期.此时,在变压器副边中心抽头处可以产生出电压,该电压与输入电压成线性关系,因此通过 UCD3138 检测该点电压并通过软件计算后可以得到输入电压.基于该计算结果,系统可以判断输入电压是否 达到开启点,以决定是否退出欠压保护并开始正常运行. 实际应用中,为保证全桥原边侧上管(驱动地为浮地)可以顺利导通,通常需要连续发送几个周期的驱动 脉冲.在本文涉及的硬开关全桥中,实际发送了

2 个驱动脉冲以保证 UCD3138 顺利检测到正确的输入电压. 1.2 硬件电路设计 实现 Single Frame 功能的硬件电路比较简单,如下图 1.VIN_CT 网络连接到变压器副边中心抽头处,然后通 过RC 滤波后连接到 UCD3138 的EAP2 引脚.该电路的主要功能是实现变压器中心抽头处电压的滤波及缩放. 图1:Single Frame 硬件电路 变压器的匝比为5:2:2 . EAP2 处电压与输入电压的关系为:29 EAP2

25 29

1 2 V

135 in in R V D D V N R R + = 1.3 软件设计 实现 Single Frame 功能的软件设计包括了驱动信号的配置和电压采集及转换等两个部分,其中第一个部分 是核心配置.下面着重讨论第一部分. ZHCA449 数字电源控制器 UCD3138 的Single Frame 和前馈功能说明

3 1. 开关周期的设定 下面代码设定了开关周期为 5us,即200KHz.计算公式为:

1 20000

5 4 us GHz * = . #define PERIOD (20000) Dpwm0Regs.DPWMPRD.all = PERIOD;

2. 单脉冲长度的设定 下面代码完成了单脉冲脉宽长度的设定,包含了死区的设置.该代码设置的时间宽度为2625

20 5

651 20000 us ns ? * = .即一个周期内输出两个脉宽长度皆为 651ns 的脉冲. Dpwm0Regs.DPWMEV1.all = 20;

Dpwm0Regs.DPWMEV2.all = 2625;

Dpwm0Regs.DPWMEV3.all =

20 + 10000;

Dpwm0Regs.DPWMEV4.all =