新型有源箝位軟開關(guān)PWM控制器UCC289X的原理及應(yīng)用

圖2是UCC289X的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，主要包括基準(zhǔn)電壓電路、欠壓鎖定與軟啟動電路、同步電路、誤差放大器、斜坡補(bǔ)償電路和主從輸出等。其主要特點如下。

圖2 UCC289X內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

1）采用峰值電流控制模式，并具有逐個周期電流限制功能 UCC2891和UCC2893腳7（CS）的門限電壓是0.75V，UCC2892和UCC2894的是1.27V。腳7經(jīng)RC濾波電路接電流檢測電阻。當(dāng)腳7檢測到過流時，芯片內(nèi)部的滯環(huán)比較器輸出高電平，使SR觸發(fā)器復(fù)位，主輸出關(guān)閉，從而對電路進(jìn)行保護(hù)。

2）集成可編程死區(qū)時間控制的±2A門極驅(qū)動器 用戶可通過接在芯片腳1的RDEL實現(xiàn)對門極驅(qū)動信號開通時延的控制，RDEL=(tDEL－50×10－9)×0.87×1011。

UCC289X的主、輔輸出拉、灌電流都可達(dá)2A，因此，可快速開關(guān)主、輔開關(guān)管。

3）UCC2891與UCC2893具有內(nèi)部110V高壓啟動電路 UCC2891與UCC2893的腳16（VDD）直接接至輸入電源端，芯片內(nèi)部的欠壓鎖定電路監(jiān)視VDD電壓。啟動時，芯片內(nèi)部的JFET開通，為儲能電容CBIAS和CHF充電，充電電流近15mA。當(dāng)VDD上升到欠壓鎖定開啟閾值13V時，芯片內(nèi)部的其他電路開始工作，驅(qū)動門極上出現(xiàn)信號，JFET立即關(guān)斷，偏置電壓轉(zhuǎn)由自舉繞組提供。

4）具有可編程最大占空比控制的1MHz同步振蕩器 UCC289X系列設(shè)有同步輸入端（腳5），用于令振蕩器與系統(tǒng)時鐘同步，從而可以限制變換器的最大占空比，如圖3所示。通常情況下芯片主輸出的最大脈寬由定時電容的充電時間限制。采用同步功能時，同步信號的上升沿使定時電容停止充電，并開始放電。一旦定時電容的電壓下降至預(yù)先設(shè)定的閾值，新的充電周期自動開始。這種同步方法使定時電容的充放電過程不再受變換器工作模式的影響，從而保持了變換器的最大占空比。

5）可編程內(nèi)部斜坡補(bǔ)償功能 用戶可通過接在腳7的RF和接在8腳的RSLOPE對電路進(jìn)行斜坡補(bǔ)償。

6）可編程軟啟動功能 UCC289X內(nèi)部具有一精確的DC電流源，用戶可通過腳2的外接電阻RON控制軟啟動電流，即ISS=×0.43A。

7）準(zhǔn)確的輸入欠壓與過壓傳感閾值 UCC289X通過腳15即可實現(xiàn)輸入欠壓滯環(huán)控制。輸入欠壓時，箝位電容放電（見圖4）。當(dāng)輸入低于欠壓鎖定關(guān)斷閾值8V時，主輸出驅(qū)動脈沖閉鎖，輔助輸出端仍有脈沖輸出，軟啟動電容CSS緩慢放電。隨著輔助輸出端脈寬的增大，箝位電壓逐漸減小，從而實現(xiàn)了欠壓保護(hù)功能。UCC2892和UCC2894沒有高壓啟動裝置，其腳16用于提供過壓保護(hù)功能。同樣，用戶通過腳15即可實現(xiàn)輸入過壓滯環(huán)控制。這是由于腳15的電壓是對輸入的分壓，其輸入過壓關(guān)斷閾值是1.27V。當(dāng)腳15檢測到其輸入高于1.27V時，主輸出停止工作，同時軟啟動電容CSS緩慢放電。當(dāng)CSS為0.5V，過壓消失后，電路通過軟啟動恢復(fù)正常工作。

圖4 輸入欠壓鎖定關(guān)斷波形和輸入過壓保護(hù)

2 UCC289X的應(yīng)用

UCC289X適用于中小功率的低壓大電流通信電源，如服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)接器、遙控設(shè)備及DSP、ASIC等。

圖5所示為采用控制芯片UCC2891設(shè)計的100W同步整流有源箝位正激變換電路。電路的試驗參數(shù)如下：輸入電壓48V，輸出電壓3.3V，輸出電流30A，開關(guān)頻率300kHz，最大占空比設(shè)為0.65。其中，主開關(guān)采用N溝道MOSFET(Q1)，箝位開關(guān)采用P溝道MOSFET(Q2)，主副開關(guān)間的死區(qū)時間由腳1的外接電阻RDEL控制。T1是主變壓器，CCL是箝位電容。為使電流檢測端的功耗最小，采用電流檢測變壓器T2。副邊采用同步整流技術(shù)，Q3和Q4是相應(yīng)的同步整流管。與以往通過主變壓器的輔助繞組獲得偏置電壓的方式不同，本文利用輸出濾波電感LO的耦合電感作為原邊控制芯片的偏壓繞組，從而既可以為芯片提供穩(wěn)定的偏壓，又避免了采用常規(guī)線性調(diào)節(jié)器時產(chǎn)生的功耗。線性光耦SFH690BT與可調(diào)式并聯(lián)穩(wěn)壓器TLV431將輸出反饋至芯片的FB端。

圖5 采用UXX2891實現(xiàn)的同步整流有源箝位正激變換器電路

設(shè)置合適的時延可使主從開關(guān)都具有ZVS開通條件。UCC2891的腳1（DELAY）專門用于控制OUT與AUX間的時延。圖6給出了兩個時延間的比值。在主開關(guān)向輔助開關(guān)過渡的過程中，時延對于ZVS條件并不十分關(guān)鍵。在OUT關(guān)斷過程的前半部分，輔助開關(guān)的體二極管導(dǎo)通，因此，AUX可以在此后的任何時刻實現(xiàn)ZVS開通。輔助開關(guān)向主開關(guān)的過渡則更為關(guān)鍵。AUX脈寬結(jié)束時寄生電感中的能量可用于在延時期間對主開關(guān)管的寄生電容放電。時延（Delay1）應(yīng)為寄生電感和寄生電容決定的諧振周期的1/4。但是由于電路其他寄生參數(shù)的影響，諧振可能會有所改變，使得某些情況下無法實現(xiàn)ZVS開通。可以看出，在特定的電路里，最合適的時延取決于工作條件。故應(yīng)具體問題具體對待。

試驗結(jié)果表明，在整個輸入及負(fù)載變化范圍內(nèi)，輸出電壓波動范圍在4mV(0.1％)以內(nèi)。此電路可實現(xiàn)滿載到空載的調(diào)解，在相當(dāng)寬的工作電壓范圍內(nèi)，變換器的效率在90％以上，如圖7所示。

圖7 變換器的效率曲線

3 結(jié)語

將UCC2891應(yīng)用于100W同步整流有源箝位正激變換電路中，試驗結(jié)果證明了該芯片具有較好的控制特性和穩(wěn)定性。