UCC28950芯片介绍

4.1.1UCC28950芯片简介UCC28950相移控制器是TI公司的UCCx895系列相移控制器工业标准基础上对功能进行优化提高而推出的新产品，可以为当今高性能要求的电源系统提供最高的频率转换效率。UCC28950应用了先进的全桥控制和主动的同步整流输出控制，初级信号允许编程延迟来确保在宽负载电流和输入电压范围内ZVS（零电压切换）能正常运行，而负载电流自然地调整次级同步整流器开关延迟时间，最终实现效率达到最大。UCC28950采用24引脚封装，其特点如下：（1）支持优化计时的同步整流器输出，可最大限度地降低典型传播延迟的体二极管传导损耗，从而确保高效性；（2）UCC28950具备的高级电源管理功能可在不同的启动或负载条件下更改工作模式，并支持猝发模式，相对于非环保模式解决方案而言可将轻负载或空载条件下的效率提升多达70%。UCC28950的可编程斜坡补偿可实现电流或电压模式控制，从而提高系统灵活性；（3）具备启用功能的软启动使UCC28950能以更高级别的系统控制初始化启动；（4）带90度相移的同步输入与同步输出功能可实现两个并行电源的交叉工作，使输入与输出纹波电流下降50%至100%不等。较低的输入和输出纹波电流使设计人员能使用更小的低成本输入和输出电容。芯片内部框图如图4-1所示：图4-1UCC28950芯片内部框图UCC28950芯片各个引脚的编号、名称、功能如表4-1所示：表4-1UCC28950各引脚功能引脚I/O功能编号名称1VREFO5V，±1.5％，20mA的输出参考电压。2EA+I误差放大器的同相输入端3EA-I误差放大器的反相输入端4COMPI/O误差放大器的输出和输入到PWM比较器5SS/ENI软启动编程，器件使能和打嗝模式保护电路6DELABIOUTA和OUTB之间的死区时间延迟编程7DELCDIOUTC和OUTD之间的死区时间延迟编程8DELEFIOUTA和OUTF，OUTB和OUTE之间的死区时间延迟编程9TMINI在猝发模式下的最小占空比编程10RTI振荡器频率设定。主模式或从模式设置11RSUMI斜坡补偿编程。电压模式或峰值电流模式设置12DCMIDCM（直流电源）阈值设置13ADELEFI一次侧和二次侧开关之间的延迟时间编程14ADELI在CS电压范围内的一次侧开关的死区时间编程15CSI电流检测逐周期过流保护和自适应延时功能16SYNCI/O同步从主控制器向从控制器的输入17OUTFO0.2A漏/源同步开关输出18OUTEO0.2A漏/源同步开关输出19OUTDO0.2A漏/源主开关输出20OUTCO0.2A漏/源主开关输出21OUTBO0.2A漏/源主开关输出22OUTAO0.2A漏/源主开关输出23VDDI输入偏置电源24GND接地。所有信号都要参考这个节点UCC28950封装图如图4-2所示：VREF1EA+2EA-3COMP4SS/EN5DELAB6DELCD7DELEF8TMIN9RT10RSUM11DCM12GND24VDD23OUTA22OUTB21OUTC20OUTD19OUTE18OUTF17SYNC16CS15ADEL14ADELEF13UCC28950图4-2UCC28950封装图详细的引脚描述及参数设置：（1）启动保护逻辑。在启动UCC28950控制器之前，必须满足以下条件：（a）VDD电压超过UVLO门限值7.3V（典型值）；（b）参考电达到5V；（c）结点温度必须低于热关断临界值140℃；（d）软启动电容上的电压不低于0.55V（典型值）。如果所有这些条件都满足时，内部启动使能端EN就会初始化软启动过程。在软启动过程中，工作周期是通过SS引脚上的电压定义的，而且这个周期不能低于由TMIN或是基于负载条件周期限流电路设定的周期（2）参考电压（VREF）带有短路保护电路的精确的（%5.1）5V参考电压提供内部的电路系统和高达20mA的外部输出电流来设定DC/DC转换器参数。放置F1到F2.2范围内低ESR和ESL电容，最好是放置陶瓷电容器，从VERF引脚到地线（GND），为了使运行达到最佳状态，此电容要尽可能靠近相关的引脚。关闭内部参考调节器的唯一条件是欠压锁定。（3）误差放大器（EA+，EA-，COMP）误差放大器有两个不受约束的输入，EA+和EA-，有3MHz单位的带宽，这给闭环反馈提供了灵活性。EA+是一个同相输入端，EA-是一个反相输入端，COMP是误差放大器的输出。在误差放大器指标参数可保证的情况下，输入电压的共模输入范围是0.5V到3.6V。误差放大器的输出在内部和PWM比较器的同相输入相连接。误差放大器的输出范围是0.25V到4.25V，这一范围远远大于PWM比较器的输入斜坡信号的范围：0.8V到2.8V。软启动信号充当误差放大器的一个附加的同相输入。误差放大器的这两个同相输入中较低的一个是主要的输入，其可产生由误差放大器输出与PWM比较器内部输入的三角斜坡信号比较而得的工作周期。（4）软启动和使能（SS/EN）软启动引脚SS/EN是一个多功能引脚，用于进行以下操作：（a）由TMIN控制的最小周期逐渐到达由调整输出电压控制的稳定工作状态周期时，设置闭环软启动；（b）在周期过流限制条件下设置打嗝模式；（c）转换器的开/关控制。在软启动期间，在SS/EN或EA+引脚上的电压，无论哪一个是低的（SS/EN-0.55V）或EA+电压，设置闭环反馈环的参考电压。SS/EN和EA+都是误差放大器的同相输入，它们都以COMP引脚作为输出。因此软启动总是在闭环反馈下进行，并且由COMP引脚的电压决定占空比。由COMP引脚定义的占空比其脉宽不能低于用户设定的TMIN引脚脉冲。然而，如果逐周期限流电路设定最短的工作周期，那么其优先权大于由COMP电压或TMIN定义的工作周期。软启动的持续时间由接在SS/EN引脚和GND之间的外部电容SSC确定，内部充电电流的典型值是F25μ。软启动引脚的的电压低于0.55V将关闭控制器。软启动控制器的释放可以让控制器启动，如果没有电流限制条件，其占空比随着输出逐渐增加直到它到达稳定的占空比，这个占空比是由转换器规定的输出电压定义的。当SS/EN引脚的电压到达然后超过EA+引脚的电压VIN0.55V时，就会发生以上情况。因此，对于给定的软启动时间SST，SSC的值可以由下式确定。55.0A25)master(VNITCSSSSμ(4-1))55.06.206.20(n825)slave(VNILKTCSSSS(4-2)例如，在方程（4-1）中，如果软启动时间SST选为10ms，VNI为2.5V，那么软启动电容SSC就等于82nF。注意，如果转换器被配置在从模式下，请确保在SS引脚和地之间接一个825k的电阻。（5）轻载省电模式为了提高宽负载电流范围电源转换器的效率，UCC28950提供了四种不同的轻负载管理技术。（a）自适应延迟（一）ADEL引脚，为初级开关设置和优化的死区时间以适应宽负载电流范围；（二）ADELEF引脚，设置和优化初级和次级开关之间的延迟时间。（b）TMIN引脚，在非限流模式下，设置最小占空比。（c）在DCM模式下，动态同步整流器开/关控制，增加轻载效率。当CS引脚的电压低于用户设定的临界值时，DCM模式启动。在DCM模式下，同步输出信号OUTE、OUTF都被拉为低电平。（d）猝发模式，在极轻载或无负载情况下效率最高。猝发模式有偶数个紧随关断时间的PWMTMIN脉冲。TMIN持续时间定义猝发模式转换，用户设定TMIN持续时间。（6）OUTA和OUTB，OUTC和OUTD之间的自适应延迟（DELAB，DELCD，ADEL）从DELAB引脚到GND之间的电阻ABR，CS引脚和ADEL引脚之间的电阻分压器AHIR，ADEL引脚和GND之间的电阻分压器AR，三者一起设定OUTA或OUTB的输出之间的一个延迟时间ABSETT，输出OUTA降低对应OUTB升高。如图4-3：图4-3OUTA和OUTB，OUTC和OUTD之间的延迟时间定义延迟时间从在V18.0CSV下测定的1ABSETT逐渐增加到在V2.0CSV下测定的2ABSETT，受CS信号功能控制。这种方式确保在高压侧和低压侧之间的MOSFET转换没有直通电流，并且为宽负载电流下优化ZVS条件延迟。最长和最短延迟时间的比例由电阻分压器AHIR和AR决定。当CS引脚和ADEL引脚连在一起时，可以获得最大比例。如果ADEL接地了，那么延迟时间就是固定的，仅仅由DELAB和GND之间的电阻ABR决定。延迟时间1CDSETT和2CDSETT的设定以及它们对OUTC和OUTD的反应和上面描述的OUTA和OUTB非常相似。不同的是，接在DELCD和GND之间的电阻CDR设定延迟时间CDSTET。和OUTA和OUTB之间的输出延迟一样，OUTC和OUTD的输出延迟也由CS的电压依赖引脚ADEL决定。延迟时间ABSETT由方程（4-3）确定：ns5ns)46.115.05(AABABSETKCSVRT（4-3）延迟时间CDSTET由方程（4-4）确定：ns5ns)46.115.05(ACDABSETKCSVRT（4-4）在这些方程中，ABR和CDR单位都是k。CS是CS引脚的电压，单位为V。AK是一个在0到1之间的增益因数。延迟时间ABSETT和CDSTET的单位为ns。这些方程式经验方程，它们是从实测数据里面估计出来的。因此，方程中的单位没有统一。方程（4-3)和（4-4）中的AK是一样的，都由方程（4-5）确定：AHIAAARRRK（4-5）AK设置了延迟时间对CS电压变化的敏感度。如果0AK（ADEL直接接GND），延迟时间就是固定的。如果1AK（ADEL接CS），延迟时间在CS=0.2V的时候最大，随着CS增高到1.8V，延迟时间会慢慢减小。最大和最小延迟时间的比例可以达到6:1。我们推荐利用数据表中的方程或图表，设置0AK，并且将ABSETT和CDSTET设置相对大一点，从而避免硬开关或者击穿电流。A，B和C，D之间的输出延迟相应地由电阻ABR，CDR确定。首先在轻载条件下获得最佳延迟。然后通过改变AK，在最大电流下设置A，B输出的最佳延迟时间。C，D输出的最佳延迟时间设置和A，B一样。通常只要有足够的延迟时间C，D的输出能够实现零电压开关（ZVS）。注意，允许的DELEF上的电阻EFR在13k到90k之间。（7）OUTA和OUTF，OUTB和OUTE之间的自适应延迟（DELEF，ADELEF）在输出OUTA降低对应OUTE降低，输出OUTB降低对应OUTE降低之间，电阻器EFR（接在DELEF引脚和GND引脚之间）连同分压电阻AEFHIR（接在CS引脚和ADELEF引脚之间）和AEFR（连接在ADELEF引脚和GND引脚之间）共同设定延迟AFSETT和BESETT。见图4-4：图4-4OUTA和OUTF，OUTB和OUTE之间的延迟时间定义这个延迟时间是逐步增加的，且受CS信号功能控制，即1AFSETT（VVCS2.0测得）到2AFSETT（V8.1CSV测得）。与DELAB和DELCD相反，当信号在CS引脚处最大时，这个延迟时间最长（2AFSETT），当CS信号最小时，这个延迟最短（1AFSETT）这种方式将在宽负载电流下降低同步整流器MOSFET自身二极管传导时间，因此提高效率并且降低二极管恢复时间。根据分压电阻AEFHIR和AEFR，最长和最短延迟时间的比例就设定了。如果连接CS和ADELEF，比例是最大的。如果把ADELEF接到GND上，那么延迟时间是固定的，只能由电阻器EFR（接在DELEF引脚和GND引脚之间）定义延迟时间。延迟时间AFSETT是由下面方程（4-6）确定的：ns4ns)32.165.25(EFEFAFSETKCSRT（4-6）在这个方程中，EFR的单位是k；CS上的电压单位是V，EFK是一个0到1的增益因数，延迟时间AFSETT的单位是ns。这个方程是