UCD3138数字电源控制器全面解读

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UCD3138是一款德州仪器(TI) 数字电源控制器，此控制器在一个单一芯片解决方案内提供高集成度和出色性能。UCD3138灵活的特性使得此器件适合于品种繁多的电源转换应用。此外，器件内的多重外设已进行了专门优化以提升ac/dc 和隔离的dc/dc 应用性能并减少IT 和网络基础设施空间内的解决方案组件数量。
           
          UCD3138是一款完全可编程解决方案，此方案可以使用户对他们的应用进行完全控制，以及很多的区分他们的解决方案的能力。与此同时，TI 致力于通过提供同类产品最佳的开发工具来简化我们用户的开发工作，这些开发工具包括应用固件、Code Composer Studio 软件开发环境、和TI 的电源开发GUI，这使得用户能够配置和监控关键系统参数。
           

       

           
          在UCD3138 控制器的内核上是数字控制环路外设，也被称为数字电源外设(DPP)。每个DPP执行一个高速数字控制环路，此环路由一个专用误差模数转换器(EADC)、一个基于2 极- 2 零数字补偿器的PID 和具有250ps 脉宽分辨率的DPWM 输出组成。此器件还包含一个12 位，267ksps 通用ADC，此ADC 具有多达14 个通道、定时器、中断控制、电源管理总线(PMBus)，以及通用异步收发器(UART) 通信端口。此器件基于一个执行实时监控、配置外设且管理通信的ARM7TDMI-S 精简指令集微控制器。ARM 微控制器从可编程闪存存储器以及片载RAM 和ROM 里执行它的程序。
           
          除了FDPP，特定电源管理外设已被添加以便在全部运行范围内启用高效、针对增加的功率密度的高集成度、可靠性、和最低总体系统成本以及支持最广泛控制体系和拓扑数量的高灵活性。此类外设包括：轻负载突发模式、同步整流、LLC 和移相全桥模式开关、输入电压前馈、铜走线电流感应、理想的二极管仿真、恒定电流恒定功率控制、同步整流软打开和关闭、峰值电流控制模式、磁通均衡、二次侧输入电压感应、高分辨率电流共享、具有预偏置电压的硬件可配置软启动、以及几个其它特性。已经针对电压模式和峰值电流模式、受控相位迁移全桥、单双相位功率因数校正(PFC)、无桥PFC、硬开关全桥和半桥、以及LLC半桥和全桥进行了拓扑支持优化
           
          特性：

       

•                 可对多达 3 个独立式反馈环路的数字控制
  
                         
  
  •                                 专用的基于 PID 的硬件                        
    
  •                                 可配置 2 极 / 2 零                        
    
  •                                 非线性控制                
    
                  
  
•                 高达 16MHz 的误差模数转换器 (EADC)
  
                         
  
  •                                 可配置低至 1mV/LSB 的分辨率                        
    
  •                                 自动分辨率选择                        
    
  •                                 高达 8 倍过度采样                        
    
  •                                 基于硬件的取平均值操作（高达 8x）                        
    
  •                                 14 位高效数模转换器 (DAC)                        
    
  •                                 自适应采样触发器定位                
    
                  
  
•                 高达 8 个高分辨率数字脉宽已调制 (DPWM) 输出
  
                         
  
  •                                 脉宽分辨率为 250ps                        
    
  •                                 频率分辨率为 4ns                        
    
  •                                 相位分辨率为 4ns                        
    
  •                                 输出间的可调相移                        
    
  •                                 配对间的可调死区                        
    
  •                                 逐周期占空比匹配                        
    
  •                                 高达 2MHz 开关频率                
    
                  
  
•                 可配置的 PWM 边沿运动
  
                         
  
  •                                 后缘调制                        
    
  •                                 前缘调制                        
    
  •                                 三角调制                
    
                  
  
•                 可配置的反馈控制
  
                         
  
  •                                 电压模式                        
    
  •                                 平均电流模式                        
    
  •                                 峰值电流模式控制                        
    
  •                                 恒定电流                        
    
  •                                 恒定电源                
    
                  
  
•                 可配置调制方法
  
                         
  
  •                                 频率调制                        
    
  •                                 相移调制                        
    
  •                                 脉宽调制                
    
                  
  
•                 快速、自动和平滑模式开关
  
                         
  
  •                                 频率调制和 PWM                        
    
  •                                 相移调制和 PWM                
    
                  
  
•                 高效和轻负载管理
  
                         
  
  •                                 突发模式                        
    
  •                                 理想的二极管仿真                        
    
  •                                 同步镇流器软打开/关闭                        
    
  •                                 低集成电路 (IC) 待机功率                
    
                  
  
•                 具有和不具有预偏置的软启动/停止        
  
•                 快速输入电压前馈硬件        
  
•                 初级侧电压感应        
  
•                 铜走线电流感应        
  
•                 针对非峰值电流模式控制应用的磁通和相位电流均衡        
  
•                 电流共享总线支持
  
                         
  
  •                                 模拟平均                        
    
  •                                 主/从                
    
                  
  
•                 特有丰富的故障保护选项
  
                         
  
  •                                 7 个高速模拟比较器                        
    
  •                                 逐周期电流限制                        
    
  •                                 可编程故障计数                        
    
  •                                 外部故障输入                        
    
  •                                 10 数字位比较器                        
    
  •                                 可编程消隐时间                
    
                  
  
•                 多重 UCD3138 器件间的 DPWM 波形同步        
  
•                 14 通道，12 位，267kbps 通用模数转换器(ADC)，此转换器带有集成的
  
                         
  
  •                                 可编程平均滤波器                        
    
  •                                 双采样保持                
    
                  
  
•                 内部温度传感器        
  
•                 完全可编程高性能 31.25MHz，32 位 ARM7TDMI-S 处理器
  
                         
  
  •                                 32k 字节 (kB) 编程闪存                        
    
  •                                 具有纠错码 (ECC) 的 2kB 数据闪存                        
    
  •                                 4kB 数据 RAM                        
    
  •                                 4kB 启动 ROM 通过 I2C 或者 UART 在场中启用 固件引导-载入                
    
                  
  
•                 通信外设
  
                         
  
  •                                 I2C / 电源管理总线 (PMBus)                        
    
  •                                 在 UCD3138RGC（40 引脚四方扁平无引线 (QFN)）上有2 个 UART                        
    
  •                                 在 UCD3138RHA（40 引脚 QFN）上有 1 个 UART                
    
                  
  
•                 具有可选输入引脚的定时器捕捉        
  
•                 多达 5 个附加的通用定时器        
  
•                 内置安全装置：BOD 和 POR        
  
•                 64 引脚 QFN 和 40 引脚 QFN 封装        
  
•                 运行温度：-40°C 至 125°C        
  
•                 支持整合数字电源设计图形用户界面 (GUI)
  

           
          应用范围：

       

•                 电源和电信整流器        
  
•                 功率因数校正        
  
•                 隔离的dc-dc 模块
  

           
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          1.UCD3138数字电源控制器的Single Frame和前馈功能说明
          摘 要：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。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。
           
          2.UCD3138数字电源控制器逐周期保护功能说明
          摘 要：在 UCD3138芯片内部的每个DPWM模块都有且只有一个cycle by cycle（CBC）硬件模块，当CBC模块接收到触发信号（FAULT）后，CBC模块会立即响应以限制当前DPWM A和DPWM B的占空比，这就实现了cycle by cycle 保护功能。