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[转帖]移相谐振全桥软开关控制器UCC3895

菜鸟
2007-02-07 03:15:00    评分
1、引言

  UCC3895是美国德州仪器公司生产的移相谐振全桥软开关控制器,该系列控制器采用了先进的BCDMOS技术。 UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列控制器完全相同,同时增加了一些新的功能。下面对其特点、引脚功能、电气参数、工作原理分别进行介绍。

2、特点和引脚说明

2.1 特点

  (1)输出导通延迟时间编程可控;
  (2)自适应延迟时间设置功能;
  (3)双向振荡器同步功能;
  (4)电压模式控制或电流模式控制;
  (5)软启动/软关机和控制器片选功能编程可控,单引脚控制;
  (6)占空比控制范围0%~100%;
  (7)内置7MHz误差放大器;
  (8)最高工作频率达到1MHz;
  (9)工作电流低,500KHz下的工作电流仅为5mA;
  (10)欠压锁定状态下的电流仅为150μA。

2.2 引脚说明

  UCC3895和UCC2895移相谐振全桥软开关控制器采用SOIC-20、PDIP-20、TSSOP-20和PLCC-20四种封装形式, UCC1895采用CDIP-20和CLCC-20两种封装形式。下面以PDIP-20为例进行介绍,其引脚排列如图1所示。UCC3895系列移相谐振控制器采的引脚功能简介如下:
  ·EAN(引脚1):误差放大器反相输入端。
  ·EAOUT(引脚2):误差放大器输出端。在控制器内部,该端分别与PWM比较器和空载比较器的非反相输入端相连,并箝位于软启动电压。当该端上的电压低于500mV时,控制器的输出级将被空载比较器关断。当该端上的电压升至600mV时,输出级重新开通。
  ·RAMP(引脚3):PWM比较器的非反相输入端。在电压模式或平均电流模式下,该端接CT(引脚7)上的锯齿波信号;而在峰值电流模式下,该端接电流信号。RAMP内接放电晶体管,该晶体管在振荡器死区时间内触发。
  ·REF(引脚4):精密5V基准电压输出端。控制器内部的基准电源一方面为控制器内部的电路供电,另一方面还能够向外接负载提供5mA的偏置电流。该基准电源仅在欠压锁定状态下关断,而在其他失效状态下仍能继续工作。实际当中,该端应外接低ESR和低ESL的旁路电容,其大小至少应为0.1μF。
  ·GND(引脚5):信号地。
  ·SYNC(引脚6):振荡器同步信号输出端。该端是双向的,作为输出端时,该端可以输出时钟信号。作为输入端时,该端可以输入外部同步信号,可实现多只控制器同步工作。该引脚还可以起到对CT引脚上的定时电容以及RAMP引脚上的滤波电容进行放电的作用。同步电路输入电压的下限阈值为1.9V,上限阈值为2.1V。为了减小同步脉冲的宽度,在SYNC和GND引脚之间应接入一只3.9Ω的电阻。
  ·CT(引脚7):振荡器定时电容击接入端。定时电容的充电电流由控制器控制,该定时电容上的锯齿波峰值电压为2.35V。振荡周期tOSC可按下式进行估算:
(1)
  上式中,CT的单位取法拉,RT的单位取欧姆,tOSC的单位取秒。
  注意,定时电容和定时电阻的
  ·RT(引脚8):振荡器定时电阻接入端。定时电容的充电电流是一个固定值,其大小由定时电阻RT决定,如下式所示:
(2)
 ·DELAB(引脚9)/DELCD(引脚10):输出端A-D延迟控制信号输入端。延迟时间应在同一桥臂中一只开关管关断之后,另一只开关管开通之前加入,为谐振创造条件。延迟时间的估算可参照下式:
(3)
  上式中,VDEL的单位取伏特,RT的单位取欧姆,tdelay的单位取秒。
  DELAB和DELCD能够提供最大值为1mA的灌电流。实际当中,应保证DELAB和DELCD引脚的杂散电容小于10pF。
  ·ADS(引脚11):延迟时间设置端。当ADS引脚直接与CS引脚相连时,输出延迟死区时间为零。当ADS引脚接地时,输出延迟时间最大。CS引脚上的电压为2.0V时的延迟时间是CS电压为0V时的4倍。输出端A-D延迟控制信号输入端上的电压由下式决定:
(4)
  上式中,VCS和VADS的单位取伏特。
  ADS引脚上的电压需限制在0V~2.5V范围内,并且不能超过CS引脚上的电压。另外,输出端A-D延迟控制信号输入端上的电压的最小值应箝位于0.5V。
  ·OUTA/OUTB/OUTC/OUTD(引脚18、17、14、13):驱动输出端。这四个输出端由互补MOS驱动电路构成,能够提供100mA的驱动电流,可以驱动FET驱动电路。OUTA和OUTB是完全互补的,其占空比接近50%,可以驱动半桥电路。OUTC和OUTD也是如此。对于OUTA 而言,OUTC的相位发生了移动;对于OUTB而言,OUTD的相位也发生了移动。
  ·VDD(引脚15):偏置电源输入端。该端需接低ESR、低ESL的旁路电容,其容量不可低于1μF。
  ·PGND(引脚16):功率地。该端为大电流输出级的接地端。
  ·SS/DISB(引脚19):软启动/禁止端。通过该端可以实现软启动和控制器快速禁止两项独立的功能。当下面的四种情况之一发生时,控制器将被快速关断:(1)该端的电压低于0.5V;(2)或REF上的电压跌落到4V以下;(3)VDD上的电压低于欠压锁定下限阈值;(4)发生过零故障。当故障排除或禁止状态结束后,如果VDD上的电压超过了启动阈值,而该端上的电压在软关断过程中跌落到0.5V以下,则将进入软启动模式。此时,SS/DISB引脚上灌电流的大小将等于IRT。软启动时间的大小由SS/DISB引脚上的软启动电容决定。另外,为了对该端上的最高电压进行限制,还需要在软启动电容上并联一只电阻。注意,无论是在软启动、软关断,还是在禁止状态下,该端上的电压都将被有源箝位,其大小与EAOUT上引脚上的电压相等。
  ·EAP(引脚20):误差放大器的非反相输入端。

3、额定参数和主要电气参数

  UCC3895的额定参数如表1所示。
UCC3895的额定参数如表1所示。

UCC3895的主要电气参数如表2所示。


表2 UCC3895主要电气参数表

  注:(1)如不特别注明: VDD=12V, RT = 82K,CT =220pF, RDELAB =RDELCD = 10K, CREF = 0.1mF, CVDD = 0.1mF, TA= TJ.

4、工作原理

表2 UCC3895主要电气参数表

  注:(1)如不特别注明: VDD=12V, RT = 82K,CT =220pF, RDELAB =RDELCD = 10K, CREF = 0.1mF, CVDD = 0.1mF, TA= TJ.

4、工作原理


  UCC3895是采用BCDMOS工艺制作的移相全桥PWM控制器,最高工作频率可以达到1MHz。该控制器将定频PWM技术与零电压开关技术结合在一起,使变换器在高频下的转换效率大大提高。UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列移相全桥PWM控制器相同,只是在控制电路、延迟设置和关断功能等方面进行了改进。另外,由于采用BCDMOS工艺,与UC3875和UC3879相比,其偏置电流显著降低。
  UCC3895内部集成了精密基准电源、高频振荡器、软启动电路、过流保护电路、电流检测电路、空载比较器、欠压锁定电路、驱动输出电路、基准电压监测电路、延迟设置电路、禁止状态比较器、PWM锁存器、D触发器等,其原理框图如图2所示。
  由于UCC3895在功能上与UC3875和UC3879移相全桥PWM控制器基本相同,因此对UCC3896的基本工作原理此处不再赘述。下面仅对UCC3895中输出端延迟时间的设置问题加以介绍。
  UCC3895允许用户对桥臂驱动脉冲之间延迟时间的大小进行设置。实际当中,用户可以根据式(3)和式(4)对延迟时间进行设定。图2-4-3所示为外接延迟时间编程电阻示意图。延迟设置电路的原理图参见图2-4-4。延迟设置功能由ADS引脚进行控制。当ADS引脚分别与CS、GND或与CS和 GND之间的电阻分压器相连时可实现不同的延迟时间调制。如果ADS引脚接地,由式(3)和式(4)可知,VDEL将与VCS成正比,随着负载的增大,延迟时间tdelay将相应下降。此时,VDEL的最大值为2V。如果VADS与CS和GND之间的电阻分压器相连,由于(VCS-VADS)项减小,导致 VDEL下降,此时延迟调制量将有所减小。当ADS引脚与CS相连时,VDEL被限制在0.5V,延迟时间为零。由此可见,ADS引脚直接接地时对应的延迟调制量最大。当负载由轻载逐渐增至满载时,VDEL将在0.5V~2V之间变化。随着负载的不断变化,延迟时间的变化比率最大可以达到4:1。




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