數(shù)字電源控制器UCD3138的逐周期保護(hù)功能說明

摘要

UCD3138 是德州儀器(Texas Instruments)公司推出的最新一代數(shù)字電源控制器，于2012 年第一季度正式發(fā)布。相比于上一代數(shù)字電源控制器UCD30xx，其在諸多方面有著重要改進(jìn)，功能更加豐富，性能更加強(qiáng)大。本文基于一款采用硬開關(guān)全橋(副邊采用全波整流)拓?fù)涞拈_關(guān)電源，詳細(xì)介紹了UCD3138 的逐周期保護(hù)功能(cycle by cycle limitation)的硬件設(shè)計(jì)、軟件配置和實(shí)測數(shù)據(jù)。在完成對上述功能理解的同時(shí)也可以清楚的了解到UCD3138的優(yōu)勢所在。本文的最后部分給出了參考文獻(xiàn)。

1、逐周期保護(hù)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

逐周期(cycle by cycle)保護(hù)功能是UCD3138 相比于UCD30xx 的一個(gè)重要改進(jìn)，旨在實(shí)現(xiàn)原邊側(cè)的逐周期保護(hù)，在有輸入電壓浪涌，輸出短路等場合可以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)與保護(hù)。

1.1 逐周期功能實(shí)現(xiàn)描述

在UCD3138 芯片內(nèi)部的每個(gè)DPWM 模塊都有且只有一個(gè)cycle by cycle(CBC)硬件模塊，如下圖3 所示。當(dāng)CBC 模塊接收到觸發(fā)信號(FAULT)后，CBC 模塊會立即響應(yīng)以限制當(dāng)前DPWM A 和DPWM B 的占空比，這就實(shí)現(xiàn)了cycle by cycle 保護(hù)功能。

圖 1：UCD3138 內(nèi)部的CBC 模塊

1.2 逐周期功能的硬件設(shè)計(jì)

如下圖2 所示，該電路為原邊電流檢測電路。借助電流互感器(匝比為100:1)，在AD04 網(wǎng)絡(luò)處得到的電壓反映了原邊電流的大小，其關(guān)系式為：

。該網(wǎng)絡(luò)處的電壓將通過模擬比較器傳輸?shù)経CD3138 芯片內(nèi)部。

圖 2：原邊電流檢測電路

1.3 逐周期保護(hù)功能的軟件設(shè)計(jì)

逐周期保護(hù)功能的軟件設(shè)計(jì)包含了模擬比較器AD04 的相關(guān)配置、AD04 與DPWM的關(guān)聯(lián)、cycle by cycle相關(guān)參數(shù)的配置等幾個(gè)重要部分，下文將一一進(jìn)行闡述。

1) 模擬比較器AD04 的配置

下面代碼完成了對模擬比較器閾值的設(shè)置，即觸發(fā)CBC 的電壓點(diǎn)。“ACOMP_D_THRESH”的分辨率為19.5mv，閾值電壓設(shè)置為30(585mv)。在選定外部電阻(R17，R117)后，可微調(diào)該參數(shù)，以期得到合適閾值電壓。

FaultMuxRegs.ACOMPCTRL1.bit.ACOMP_D_THRESH = 30;

2) 模擬比較器AD04 與DPWM的關(guān)聯(lián)

下面代碼完成了AD04(即代碼中的比較器D)與DPWM0 和DPWM1 的關(guān)聯(lián)。即，當(dāng)電壓超過AD04 閾值電壓后，DPWM0 和DPWM1 的占空比會被限制。

FaultMuxRegs.DPWM0CLIM.bit.ACOMP_D_EN = 1;

FaultMuxRegs.DPWM1CLIM.bit.ACOMP_D_EN = 1;

3)Blanking time 的設(shè)置

下面代碼設(shè)置了Blanking time。“BLANK_A_END”位的分辨率為4ns，因此該代碼設(shè)置了Blanking time的值為100ns。

Dpwm0Regs.DPWMBLKABEG.bit.BLANK_A_BEGIN=0;

Dpwm0Regs.DPWMBLKAEND.bit.BLANK_A_END =25;[!--empirenews.page--]

4)連續(xù)觸發(fā)CBC 個(gè)數(shù)的設(shè)置

下面代碼的含義是需要連續(xù)觸發(fā)20 次CBC 后系統(tǒng)才會做出響應(yīng)，可以是關(guān)機(jī)或不動作(具體響應(yīng)機(jī)制需要在另一代碼中設(shè)置)。

Dpwm0Regs.DPWMFLTCTRL.bit.CBC_MAX_COUNT = 20;

5)CBC 使能

下面代碼為使能CBC 的關(guān)鍵代碼。當(dāng)與之關(guān)聯(lián)的DPWM配置為Normal Mode 時(shí)，設(shè)置下面標(biāo)志位為1，便使能了CBC 功能。

Dpwm0Regs.DPWMCTRL0.bit.CBC_ADV_CNT_EN = 1;

Dpwm0Regs.DPWMCTRL0.bit.CBC_PWM_AB_EN = 1;

6)連續(xù)觸發(fā)CBC 后的響應(yīng)

下面代碼完成當(dāng)連續(xù)觸發(fā)20 次CBC 后系統(tǒng)的響應(yīng)。當(dāng)設(shè)置為1，則系統(tǒng)的響應(yīng)是關(guān)閉驅(qū)動，同時(shí)軟件狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)到Idle 模式。

Dpwm0Regs.DPWMFLTCTRL.bit.CBC_FAULT_EN = 1;

1.4 逐周期保護(hù)功能的實(shí)測波形

測試逐周期保護(hù)功能時(shí)，需要將副邊過流保護(hù)暫時(shí)屏蔽。同時(shí)，為充分觀察CBC 的效果，設(shè)置觸發(fā)CBC 的響應(yīng)動作為不關(guān)閉驅(qū)動，系統(tǒng)正常發(fā)波運(yùn)行。當(dāng)給系統(tǒng)加載到20A 并觸發(fā)CBC 后，由于系統(tǒng)不關(guān)閉驅(qū)動，全橋原邊占空比會逐漸被限制，直到變?yōu)樽钚≌伎毡取?/p>

實(shí)測波形見下圖3。由于觸發(fā)CBC 后占空比會被限制縮小而不關(guān)機(jī)，因此輸出電壓會被逐漸拉低。當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定后，占空比即被限制到了最小。最小占空比的寬度主要由Blanking time(100ns)和硬件比較器的響應(yīng)時(shí)間(50ns)決定。

圖 3：觸發(fā)CBC 后，占空比被限制

2、參考文獻(xiàn)

1. UCD3138 datasheet, Texas Instruments Inc., 2011

2. UCD31xx Central Interrupt Module (CIM) Programmer's Manual, Texas Instruments Inc., 2011

3. UCD31xx Fusion Digital Power Peripherals Programmer’s Manual, Texas Instruments Inc., 2011

4. UCD31xx Miscellaneous Analog Control _MAC_, Texas Instruments Inc., 2011