摘要

    UCD3138 是德州儀器(Texas Instruments)公司推出的最新一代數字電源控制器，于2012 年第一季度正式發布。相比于上一代數字電源控制器UCD30xx，其在諸多方面有著重要改進，功能更加豐富，性能更加強大。本文基于一款采用硬開關全橋（副邊采用全波整流）拓撲的開關電源，詳細介紹了UCD3138 的逐周期保護功能（cycle by cycle limitation）的硬件設計、軟件配置和實測數據。在完成對上述功能理解的同時也可以清楚的了解到UCD3138的優勢所在。本文的最后部分給出了參考文獻。

1、逐周期保護功能的設計與實現

    逐周期（cycle by cycle）保護功能是UCD3138 相比于UCD30xx 的一個重要改進，旨在實現原邊側的逐周期保護，在有輸入電壓浪涌，輸出短路等場合可以實現快速響應與保護。

1.1 逐周期功能實現描述

    在UCD3138 芯片內部的每個DPWM 模塊都有且只有一個cycle by cycle（CBC）硬件模塊，如下圖3 所示。當CBC 模塊接收到觸發信號（FAULT）后，CBC 模塊會立即響應以限制當前DPWM A 和DPWM B 的占空比，這就實現了cycle by cycle 保護功能。

圖1：UCD3138 內部的CBC 模塊

1.2 逐周期功能的硬件設計

    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 網絡處得到的電壓反映了原邊電流的大小，其關系式為：。該網絡處的電壓將通過模擬比較器傳輸到UCD3138 芯片內部。

圖2：原邊電流檢測電路

1.3 逐周期保護功能的軟件設計

    逐周期保護功能的軟件設計包含了模擬比較器AD04 的相關配置、AD04 與DPWM的關聯、cycle by cycle相關參數的配置等幾個重要部分，下文將一一進行闡述。

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置，即觸發CBC 的電壓點。“ACOMP_D_THRESH”的分辨率為19.5mv，閾值電壓設置為30（585mv）。在選定外部電阻（R17，R117）后，可微調該參數，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的關聯

    下面代碼完成了AD04（即代碼中的比較器D）與DPWM0 和DPWM1 的關聯。即，當電壓超過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 的設置

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

Dpwm0Regs.DPWMBLKABEG.bit.BLANK_A_BEGIN=0;

Dpwm0Regs.DPWMBLKAEND.bit.BLANK_A_END =25;

4）連續觸發CBC 個數的設置

    下面代碼的含義是需要連續觸發20 次CBC 后系統才會做出響應，可以是關機或不動作（具體響應機制需要在另一代碼中設置）。

Dpwm0Regs.DPWMFLTCTRL.bit.CBC_MAX_COUNT = 20;

5）CBC 使能

     下面代碼為使能CBC 的關鍵代碼。當與之關聯的DPWM配置為Normal Mode 時，設置下面標志位為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）連續觸發CBC 后的響應

     下面代碼完成當連續觸發20 次CBC 后系統的響應。當設置為1，則系統的響應是關閉驅動，同時軟件狀態機跳轉到Idle 模式。

Dpwm0Regs.DPWMFLTCTRL.bit.CBC_FAULT_EN = 1;

1.4 逐周期保護功能的實測波形

    測試逐周期保護功能時，需要將副邊過流保護暫時屏蔽。同時，為充分觀察CBC 的效果，設置觸發CBC 的響應動作為不關閉驅動，系統正常發波運行。當給系統加載到20A并觸發CBC 后，由于系統不關閉驅動，全橋原邊占空比會逐漸被限制，直到變為最小占空比。

    實測波形見下圖3。由于觸發CBC 后占空比會被限制縮小而不關機，因此輸出電壓會被逐漸拉低。當輸出電壓穩定后，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時間(50ns)決定。

圖3：觸發CBC 后，占空比被限制

參考文獻

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