使用 UCD3138 器件實現(xiàn)轉換模式控制

不久前，我被要求檢查使用 TI UCD3138控制器生成在轉換模式下運行所需的閉環(huán)控制波形的可行性。這些數字控制器非常靈活，并配備了很多花里胡哨的功能。我很好奇我能想出什么。

過渡模式波形看起來不像典型的脈寬調制 (PWM) 波形，因為占空比和開關周期都在變化。它們也不像UCD3138支持的 LLC 或相移波形。因此，PWM 輸出調制的標準模式都不會產生我們需要的東西。

過渡模式控制的獨特之處在于，您應該根據前一個開關周期中發(fā)生的情況按時啟動下一個開關周期——而不是早晚。下一個脈沖開啟的這種開啟時間切換提供了以下兩個優(yōu)點之一：

· 谷切換。僅當電流穿過零線時關閉場效應晶體管 (FET)，并在經過測量和固定延遲后開始下一個開關周期。那時的電壓應該很低，避免大的開關損耗。

· 零電壓開關 (ZVS)。在電流穿過零線后立即關閉 FET。電流會略為負;這樣，經過一定的控制時間延遲后，電壓將衰減為零。您可以再次打開 FET 并開始新的開關周期。但延遲時間是V in和V out的函數，因此需要定期調整。

從表面上看，這兩個想法似乎都可以通過像UCD3138這樣的數字控制器輕松實現(xiàn)。它有幾個具有可調參考電壓的模擬比較器，可以指示何時終止驅動 FET 的脈沖。

作為微控制器和基于固件的設備，固件可以調整對模擬比較器的參考，并根據模數轉換器 (ADC) 對輸入和輸出電壓和電流的測量來調節(jié)延遲。

但是，當模擬比較器切換時，我們如何終止脈沖并開始新的周期呢?脈沖的終止類似于脈沖截斷的逐周期 (CBC) 或峰值電流模式 (PCM) 電流限制。我們應該使用UCD3138中已經存在的 CBC 機制嗎?我們如何結束開關周期并開始一個新的脈沖?同步輸入信號可以做到這一點，但它也可以截斷脈沖嗎?畢竟，如果在數字 PWM 輸出為高電平時發(fā)生同步事件，則會導致脈沖擴展;脈沖將保持高電平，直到下一個開關周期。我們應該將模擬比較器連接到 CBC 和同步信號嗎?

這里有一個技巧可以消除對 CBC 的需求：在切換周期開始時將 Event4 (EV4) 配置為零或非常小的數字。這樣，同步信號終止開關周期并復位數字 PWM 計數器。EV4 在此復位后立即接合;因此脈沖也被截斷。這就像一塊石頭打死兩只鳥。

現(xiàn)在我們需要一個延遲，讓負電流衰減和電壓變?yōu)榱悖缓笤谶@個時候準確地打開初級 FET，以實現(xiàn) ZVS。該周期結束與開啟 FET 的時間之間的時間間隔可以通過計算 Event1 (EV1) 的位置來實現(xiàn)。

根據計算，周期結束/新脈沖開始 (Tr) 與負電流檢測閾值 (IN) 之間的延遲時間可通過以下公式計算：

當 Vin ≤ Vo/2 時，不需要負電流。

其中 IN = 0 和 ω = 245 nS。

當 Vin > Vo/2 時，需要負電流 IN 以使 Vds 的值在谷點處達到零伏。

我使用電子表格生成了一個查找表，我稍后將其作為固件的一部分輸入，以相應地調整 Tr 和 IN 的值。

上述查找表是使用UCD3138實現(xiàn)轉換模式控制的一種簡化方式。如果您使用外部比較器進行電流交叉檢測，則一切就緒。但是 UCD3138 恰好有幾個內部模擬比較器。我們如何將這些比較器之一用于此應用程序?

問題是UCD3138系列控制器的大多數成員不提供外部模擬比較器輸出。所以模擬比較器輸出不能直接連接到 SYNC 引腳。我能夠想出一個解決方法來克服這個問題，但我會從這里的細節(jié)中拯救你。

縮小以查看更大的圖景，我們實際上已經實現(xiàn)了許多系統(tǒng)或設計團隊在定義和設計UCD3138時未預想的拓撲和配置。

然而，這種數字控制器的靈活性使我們能夠在太陽能微型逆變器、雙向汽車 DC/DC、圖騰柱功率因數校正 (PFC) 等應用中使用它。