摘要

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(jìn)，功能更加豐富，性能更加強(qiáng)大。本文基于一款采用硬開(kāi)關(guān)全橋（副邊采用全波整流）拓?fù)涞?a target="_blank">開(kāi)關(guān)電源，詳細(xì)介紹了UCD3138 的逐周期保護(hù)功能（cycle by cycle limitation）的硬件設(shè)計(jì)、軟件配置和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。在完成對(duì)上述功能理解的同時(shí)也可以清楚的了解到UCD3138的優(yōu)勢(shì)所在。本文的最后部分給出了參考文獻(xiàn)。

1、逐周期保護(hù)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

逐周期（cycle by cycle）保護(hù)功能是UCD3138 相比于UCD30xx 的一個(gè)重要改進(jìn)，旨在實(shí)現(xiàn)原邊側(cè)的逐周期保護(hù)，在有輸入電壓浪涌，輸出短路等場(chǎng)合可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)與保護(hù)。

1.1?逐周期功能實(shí)現(xiàn)描述

在UCD3138 芯片內(nèi)部的每個(gè)DPWM 模塊都有且只有一個(gè)cycle by cycle（CBC）硬件模塊，如下圖3 所示。當(dāng)CBC 模塊接收到觸發(fā)信號(hào)（FAULT）后，CBC 模塊會(huì)立即響應(yīng)以限制當(dāng)前DPWM A 和DPWM B 的占空比，這就實(shí)現(xiàn)了cycle by cycle 保護(hù)功能。

圖?1：UCD3138?內(nèi)部的CBC?模塊

1.2?逐周期功能的硬件設(shè)計(jì)

如下圖2 所示，該電路為原邊電流檢測(cè)電路。借助電流互感器（匝比為100:1），在AD04 網(wǎng)絡(luò)處得到的電壓反映了原邊電流的大小，其關(guān)系式為：。該網(wǎng)絡(luò)處的電壓將通過(guò)模擬比較器傳輸?shù)経CD3138 芯片內(nèi)部。

圖?2：原邊電流檢測(cè)電路

1.3?逐周期保護(hù)功能的軟件設(shè)計(jì)

逐周期保護(hù)功能的軟件設(shè)計(jì)包含了模擬比較器AD04 的相關(guān)配置、AD04 與DPWM的關(guān)聯(lián)、cycle by cycle相關(guān)參數(shù)的配置等幾個(gè)重要部分，下文將一一進(jìn)行闡述。

1） 模擬比較器AD04 的配置

下面代碼完成了對(duì)模擬比較器閾值的設(shè)置，即觸發(fā)CBC 的電壓點(diǎn)。“ACOMP_D_THRESH”的分辨率為19.5mv，閾值電壓設(shè)置為30（585mv）。在選定外部電阻（R17，R117）后，可微調(diào)該參數(shù)，以期得到合適閾值電壓。

FaultMuxRegs.ACOMPCTRL1.bit.ACOMP_D_THRESH = 30;

2） 模擬比較器AD04 與DPWM的關(guān)聯(lián)

下面代碼完成了AD04（即代碼中的比較器D）與DPWM0 和DPWM1 的關(guān)聯(lián)。即，當(dāng)電壓超過(guò)AD04 閾值電壓后，DPWM0 和DPWM1 的占空比會(huì)被限制。

FaultMuxRegs.DPWM0CLIM.bit.ACOMP_D_EN = 1;

FaultMuxRegs.DPWM1CLIM.bit.ACOMP_D_EN = 1;

3）Blanking time 的設(shè)置

下面代碼設(shè)置了Blanking time。“BLANK_A_END”位的分辨率為4ns，因此該代碼設(shè)置了Blanking time的值為100ns。

Dpwm0Regs.DPWMBLKABEG.bit.BLANK_A_BEGIN=0;

Dpwm0Regs.DPWMBLKAEND.bit.BLANK_A_END =25;

4）連續(xù)觸發(fā)CBC 個(gè)數(shù)的設(shè)置

下面代碼的含義是需要連續(xù)觸發(fā)20 次CBC 后系統(tǒng)才會(huì)做出響應(yīng)，可以是關(guān)機(jī)或不動(dòng)作（具體響應(yīng)機(jī)制需要在另一代碼中設(shè)置）。

Dpwm0Regs.DPWMFLTCTRL.bit.CBC_MAX_COUNT = 20;

5）CBC 使能

下面代碼為使能CBC 的關(guān)鍵代碼。當(dāng)與之關(guān)聯(lián)的DPWM配置為Normal Mode 時(shí)，設(shè)置下面標(biāo)志位為1，便使能了CBC 功能。

Dpwm0Regs.DPWMCTRL0.bit.CBC_ADV_CNT_EN = 1;

Dpwm0Regs.DPWMCTRL0.bit.CBC_PWM_AB_EN = 1;

6）連續(xù)觸發(fā)CBC 后的響應(yīng)

下面代碼完成當(dāng)連續(xù)觸發(fā)20 次CBC 后系統(tǒng)的響應(yīng)。當(dāng)設(shè)置為1，則系統(tǒng)的響應(yīng)是關(guān)閉驅(qū)動(dòng)，同時(shí)軟件狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)到Idle 模式。

Dpwm0Regs.DPWMFLTCTRL.bit.CBC_FAULT_EN = 1;

1.4?逐周期保護(hù)功能的實(shí)測(cè)波形

測(cè)試逐周期保護(hù)功能時(shí)，需要將副邊過(guò)流保護(hù)暫時(shí)屏蔽。同時(shí)，為充分觀察CBC 的效果，設(shè)置觸發(fā)CBC 的響應(yīng)動(dòng)作為不關(guān)閉驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)正常發(fā)波運(yùn)行。當(dāng)給系統(tǒng)加載到20A 并觸發(fā)CBC 后，由于系統(tǒng)不關(guān)閉驅(qū)動(dòng)，全橋原邊占空比會(huì)逐漸被限制，直到變?yōu)樽钚≌伎毡取?/p>

實(shí)測(cè)波形見(jiàn)下圖3。由于觸發(fā)CBC 后占空比會(huì)被限制縮小而不關(guān)機(jī)，因此輸出電壓會(huì)被逐漸拉低。當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定后，占空比即被限制到了最小。最小占空比的寬度主要由Blanking time(100ns)和硬件比較器的響應(yīng)時(shí)間(50ns)決定。

???

圖?3：觸發(fā)CBC?后，占空比被限制