1、UC3879移相PWM控制器簡化了零電壓過渡全橋變換器的設計拉茲洛巴洛格簡介這篇操作說明書將介紹UC3879集成電路，并與它的前身 UC3875/6/7/8作 性能上的比較。這些集成電路提供了所有必要的控制， 解碼，保護和驅動器的功能，成功地 處理了移相控制全橋變換器的操作。 該集成解決方案，大大簡化了設計過程，并 為設計者顯著的節省了研制時間和印刷電路板設計。在中高功率直流到直流電源轉換中，用傳統的移相技術來控制全橋拓撲的優 勢已經被證明。這種控制方法能在幾乎所有的操作條件下提供很好的控制的dv /dt值和所有初級側功率級半導體的零電壓開關。 在1-8幾個出版物中討論了操作 的細節，包括全橋

2、變換器諧振轉換的等效電路和零電壓開關的實現條件并描述了 進一步改善的可能性。這種方法所提供的主要好處是比它對應的硬轉換簡單的功 率級，通過利用電路寄生而不是任其造成損失來提高效率以及較低的電磁干擾。 這些顯著的優勢是通過一個稍微復雜的控制算法來實現的。UNITRODE公司UC3879相移PWM控制集成電路-框圖UC3879是先前推出的UC3875控制器系列的改進版。該IC的內部結構如圖 1所示。UC3879的欠壓鎖定水平用戶可由UVSEL引腳選擇。有兩個預定義的閾值。 如果UVSEL引腳是懸空的，當提供給VIN引腳的電壓超過15.25V時芯片啟動。 UVSEL引腳和VIN引腳外部連接的情況下，

3、操作開在 10.75V時開始。不受支 配的操作開始，當輸入電壓低于 9.25V時，UC3879芯片為欠壓鎖定狀態。同步 的振蕩器的工作頻率是由兩個外部元件編程。從RT引腳接地電阻定義定時電容的充電電流，放電電流是內部固定在 10mA。通過這種方式，相當于上出現在芯 片CLKSYNC上的輸出信號的占空比的（DOSC）振蕩器占空比，可以在這樣的 基礎關系上準確設置：推薦的最小運行可靠的脈沖寬度約為 250ns,并且所有實際應用不應超過 500ns.因此，應當依據時鐘頻率選擇 DOSC：CT引腳和地面之間的連接的定時電容值與已定義的RT值的組合，決定了時鐘頻率（CLOCK），按下列公式：在實踐中，選

4、擇適當的電容值比電阻困難得多。 因此，人們可能首先選擇合適的電容值，以實現基于以下幾個簡單的表的要求：選擇定時電容的值后，可以計算出所需的電阻：圖2顯示了在最常用的頻率范圍內的時間方程的解決方案。它提供了一個快速指南，估計所需的電阻值。在自由運行操作時電容電壓在 0V和2.9V之間近似線性變化。自由運行和 同步操作的典型工作波形顯示在圖 3。同步性可以通過另一 UC3879 CLKSYNC引腳的控制或由外部電路如圖 4所 示來實現。在這兩種情況下，所有的芯片以最高的自由運行頻率和IC或外部時鐘信號同步。由于電容電流加載到線路上，電阻R1到Rn可能需要終止同步總線并且保持同步脈沖變窄。使用本地定

5、時元件的一個額外的好處是，每個振蕩器被允許同步連接到損壞 的芯片而沒有任何功能上的損失。輸出調節是通過使用10MHz的增益帶寬的誤差放大器實現的。內部誤差放 大器的同相輸入端連接到2.5V的參考電壓。反相輸入端和放大器的輸出可以實 現反饋補償。誤差放大器的輸出是用來控制的高速 PWM電路的。此信號與芯片的一個電 壓范圍從0到2.9V的斜坡輸入電壓作比較。軟啟動通過從電容到地的軟啟動引 腳（SS）實現。在軟啟動期間，軟啟動輸出誤差放大器的鉗位電容電壓從零逐 漸上升到約4.8V。它對應于由確切的實現限定的脈沖寬度，相移或峰值電流。UC3879是同樣適用于傳統的電壓模式控制或峰值電流模式控制。在電壓

6、模 式下使用時，CT信號直接送入斜坡終端，如圖5所示。在通常的操作模式，斜 坡信號是電流檢測信號和定時電容派生的電壓的斜坡補償的總和，如圖6所示。他們提供逐周期和關機電流限制保護，電壓或電流模式操作。在圖7的特征波形。 故障保護由兩個獨立的電流限制電路建立，它們接受0V至2.5V的CS輸入引腳上的電流檢測信號。他們能在電壓或電流模式下提供逐周期和關機電流限制保 護。特征波形如圖7所示。在CS引腳上的瞬時電壓仍低于第一個臨界值，2V時故障保護電路是無效 的。當CS引腳上的信號超過2V現有的輸出脈沖將被終止。第一級過載保護提 供了一種有效的防御機制以防止一次側的側半導體電流過大并為變換器建立一 個

7、粗略的基于逐周期電流限制功能的輸入功率限制。但在更嚴重的過載條件下， 這種保護方法是不夠的。對于這些情況下，UC3879提供一個第二層的安全。當CS引腳上的電流檢測信號超出（即使是瞬間） 2.5V的最大值，芯片業將啟動一 個完整的軟啟動周期，以防止災難性的失敗。如果負載條件不改變，打嗝模式將 建立，以減少元件應力并將平均功耗限制到一個故障安全水平。四個圖騰柱輸出的UC3879，每個都能提供100mA的峰值驅動電流。這些 輸出用于驅動外部柵極驅動電路。 這增強了整體設計的魯棒性。為了進一步減少 傳回的模擬電路的噪聲，輸出部分擁有其自己的集電極電源（VC）和地（PGND） 連接。局部解耦電容和串聯

8、阻抗輔助電源，更加提高了其性能。四個穩態輸出的時序關系如圖8所示促進零電壓開關輸出操作的驅動命令之間的延遲是由 DELAYSET輸入來決 定的。延遲時間是由從延遲設置引腳到接地點之間的電阻 Rd電流決定。使用電 流接收器代替連接到延遲設置引腳的電阻可以精度提高。延遲時間可以由下列公式計算：UC3879的一個獨特的功能是具有分別控制區別于 C-D輸出的A-B輸出延 遲的能力。這種能力可容納不同的能量水平，對橋電路各個橋臂的開頭和結尾的 諧振過渡有用7-9 o不能優化每個持續時間通常會導致在某些操作條件下的零電 壓開關全橋變換器開關松動。逐周期基礎上的最佳的延遲時間，對流動在變壓器的初級繞組實際電

9、流的起 作用。基于負載條件，這個電流值可以很容易地改變10倍甚至100倍。這會導致所需的延遲時間變化較大，從而自適應編程的延遲對某些應用程序可能是理想 的。圖9中引入了一個簡單的外部電路來實現基于感應電流瞬時值的可變延遲 時間。由電阻網絡連接到運算放大器正輸入確定最低比例和最大延遲時間。 TdelayA- B和TdelayC- D的實際值可由各自的晶體管和地面發射器之間的電阻進行縮 放。這些延遲可以由幾種沿外部柵極驅動電路的方法實現，設置零延遲也可以簡單地由連接延遲集輸入到芯片的5.0V參考端提供。精度、短路保護5.0 V帶隙參考適用于外部功能。UC3879 VS. UC3875/6/7/8盡

10、管UC3879保留了 UC3875的工作原理和的基本架構。但是，請大家注意， 新的芯片增強和增加的功能仍然是重要的。表 1總結了兩個控制器之間的差異。 這導致電路設計也將更加突出。欠壓鎖定欠壓鎖定電路利用一個邏輯輸入(UVSEL)來實現在兩個可用的電壓(15.25V/10.75V)之間選擇。這種方案的優點是，它可以配置欠壓閉鎖閾值而 無需外部元件。UC3879提供與多個零件編號的UC3875/6/7/8系列提供的相同 的欠壓鎖定水平。供電電流UC3879的電源電流需求已顯著減少。雖然啟動電流保持相同，約為150 A, 但是電路工作電源電流從45毫安下降到約27毫安。增益由減少內部偏置電流獲 得

11、。這樣，最高工作頻率已降低，柵極驅動原理也發生了改變。UC3879期望有一個高電流柵極驅動器連接到其輸出而不是像 UC3875系列的直接驅動能力。振蕩器部分UC3879的突出特點時完全重新設計的振蕩器電路能提供更好的抗噪聲性能， 溫度穩定性和線性度。定時電容的充電電流是不變的，產生一個傳導期間線性， 正斜率的定時電容。這樣的電壓水平適合為電壓模式控制直接提供斜坡信號。同樣，在在峰值電流模式控制的情況下使用定時電容的電壓可以毫不費力地實現斜 坡補償。工作頻率由分別連接到各自引腳上的RT和CT進行編程。誤差放大器這兩款集成電路都是使用10MHz的增益帶寬放大器調節輸出電壓。UC3879誤差放大器的

12、同相輸入端從內部連接到 2.5V基準而不是像UC3875系列 的由外部提供參考。在恒定的輸出電壓的應用的方面，UC3879不僅保留為反饋放大器產生參考 值的組件，而且如果需要輸出電壓編程的話，它還需要更多的元件和更復雜的解 決方案。在設計中初級和次級端控制器之間的隔離系統將不會有任何的區別，控制芯片的誤差放大器通常被配置為處理轉換器二次側傳回的誤差信號的電壓跟 隨器。逐周期電流限流這項新功能只能在UC3879控制器里實現。它能在過載條件下為初級側變換 器提供準確的開關逐周期電流保護。在每個開關周期中，當電流檢測信號超過2V 的內部設置的參考電壓時，被利用作逐周期電流限制的快速比較器將使有效的間

13、 隔終止。第一層次的過載保護裝置適用于最大功率功率級受限制且不會導致打嗝 類型的操作。延遲電路如前所述，在同一橋臂的一個開關關閉和另一個開關開通之間的時間間隔對 電路性能產生深遠的影響。需要注意的是程序控制的延遲時間需要適應任何高電 流門電路和變壓器引入的延遲。允許UC3879的輸出之間的零延遲能為設計師提供了更大的自由來實現這些 所需的延遲。其他可能指向程序的必要的延遲是高電流柵極驅動器或柵極驅動變 壓器的二次側的輸入。所有這些解決方案有其利弊，在實際應用時需要慎重考慮。輸出驅動器兩個控制器的輸出推挽驅動器具有相同的結構。它們擁有各自的能量路徑， 并且在欠壓鎖定是一直保持低電平有效。 然而，

14、輸出額定電流有顯著不同。以其 2A的峰值電流，UC3875系列就是為最常用的電源開關的直接的驅動柵極或是柵 極驅動的變壓器準備的。然而，隨著芯片尺寸不斷增加，單獨的驅動芯片對消除模擬控制部分產生的 不受歡迎的功耗和噪音有利。在這方面，UC3879被設計成工作在有外部高電流柵極驅動電路情況下。其100mA的峰值電流的快速輸出能力，特別適合驅動這些 設備的TTL或MOSFET輸入級。UC3879&計靈活性除了一些改進的功能和增加的功能，UC3879最大程度地提供外部元件數量 最少的設計靈活性。表2顯示了不同的設置的可能性，UC3875系列中四個不同的 零件號碼提供不同的方案以實現相同的功能。總結綜

15、上表明，UC3875/6/7/8和 UC3879集成電路致力于消除大部分與實施眾多 的輔助功能和移相控制全橋轉換器的繁瑣控制算法相關的困難。精心優化的信號水平和外部元件數量最少的單芯片解決方案在控制器的設計中為當今最有前途 的電源轉換技術之一提供了快速通重要通知德州儀器公司及其附屬公司（TI）的保留使他們的產品變更或終止任何產品 或服務權利，恕不另行通知。并建議客戶在下訂單前獲得最新版本的相關信息， 以核實確認所依靠的信息是最近的和完整的。所有銷售的產品都遵循在訂單確認 時所提供的條款和銷售條件，包括那些有關的授權，專利侵權，以及賠償責任限 制。德州儀器公司及其附屬公司TI的半導體產品的認股權證在銷售時間按照 TI 的標準保修的適用規范。測試和其他質量控制技術的利用程度在 TI認為有必要支 持這項保證。每個設備的所有參數的具體測試不一定執行， 政府要求授權的除外。用半導體產品的某些應用程序可能涉及的潛在風險，包括死亡，人身傷害， 或嚴重的財產或環境損害（危險應用”。德州儀器公司及其附屬公司TI半導體 產品不允許被設計，授權，或者批準其被使用于生命支持設備或系統及其他關鍵 應用。德州儀器公司及其附屬公司TI產品的這些應用皆被理解為完全使客戶處在 風險中。為了減少與客戶應用相關聯的風險，的客戶必須提供足夠的設計與