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有源箝位PWM控制器UCC3580的原理及應用

發布時間:2010-6-29 16:35    發布者:vinda
關鍵詞: PWM , UCC3580 , 控制器 , 有源箝位
1 概述

由于有源箝位技術可使單端變換器開關管的電壓應力降低,并允許開關占空比大于50%,同時可使變壓器的工作磁通范圍增大,從而有效地減小開關損耗。因此,這種技術在DC/DC變換器中得到了廣泛的應用。Unitrode公司的PWM UCC3580是為多種有源箝位或同步整流開關變換電路拓撲而設計的。它包含定頻控制的所有必要功能及高性能的脈寬調制,可提供一個輔助開關驅動輸出以及可調的死區時間,以便與主開關驅動輸出形成互補。同時它還提供了多種保護功能并且對變壓器伏秒積以及最大占空比進,行了限制。

2 工作原理及引腳功能

圖1是UCC3580的內部結構框圖,它由振蕩器、誤差放大器、輸出邏輯電路、保護邏輯電路和軟啟動電路等組成。


3 應用電路

圖2所示是一個利用UCC3580-4設計的有源箝位單端正激變換電路。電路中的振蕩輸入、電壓前饋及伏-秒積限制分別由引腳OSCl、OSC2、CLK、RAMP來完成。將OSCl和OSC2 通過R1、R2與CT相連,可設置工作頻率和最大占空比,CT交替地通過R1來充電,并通過R2放電,充、放電電壓在1-3.5V之間變化。充電時間TCH為R1CT,放電時間tds為1.25R2CT。


在CT放電期間,CLK為高電平,由于它清除了OUTl輸出,從而限制了最大占空比,而充電時間TCH實際上就是MOS管的最大導通時間。
輸入電壓Vin通過R4和CR產生的斜波電壓接到RAMP后,輸入到內部PWM比較器以作為比較電壓,從而引入了Vin的前饋作用。在OUTl為高電平期間,CR被充電,當RAMP超過3.3V時,OUTl被清零,從而限制了初級繞阻的最大伏-秒積,防止了變壓器的飽和。其最大伏-秒積值為3.3R4CR,如不需要前饋和伏-秒積限制,可將R4接至REF而不是Vin。

通過OUTl、OUT2、DELAY和SS引腳可實現輸出控制邏輯和軟啟動功能。圖3是其輸出信號時序圖。通常在CLK下降沿,輔助開關驅動OUT2變為無效,而在經DELAYl延時后,主開關驅動OUTl有效。當OUTl無效后,延時DELAY2、OUT2變為有效。UCC3580-3、-4與UCC3580-1、-2的OUT2是反相的,因而可用于不同的電路。


兩個延時DELAYl和DELAY2可根據DELAY引腳的對地電阻R3來決定,其中DELAYl的值等于1.1pF電容與R3電阻值乘積。而DELAY2則由芯片內部設定的比值DELAYl/DELAY2來決定。

系統啟動是靠SS引腳上的對地電容Css來實現的。在啟動條件STARTUP滿足后,芯片內部一個10μA的電流開始對Css充電,以使誤差比較器輸出EAOUT隨SS引腳電壓緩慢上升,從而使OUTl的占空比緩慢增加以實現軟啟動。

主開關驅動信號OUT1受脈寬調制(PWM)控制,而輔助驅動信號OUT2則在OUT1無效期間開通。在兩個死區時間DELAYl和DELAY2里,OUT1和OUT2都無效。另外,如 果啟動條件不滿足(STARTUP)或PWM輸出零占空比,OUTl和OUT2也都為無效。而在故障狀態時,OUT1無效,OUT2為最大占空比,其無效時間等于兩個死區時間之和(DELAYl+DELAY2)。

UCC3580的啟動及保護可由VDD、REF、LINE、SHTDWN引腳來完成。

UCC3580的啟動應同時滿足四個條件,即VDD、RFE、LINE、SHTEWN同時開啟有效。分述如下:

VDD開啟有效電平對于UCC3580-2和UCC3580-4為15V, 而對于UCC3580-1和 UCC3580-3則為9V,其關斷有效電平是8.5V,即UCC3580-X開啟后,如使VDD低于關斷有效電平,則可使其關機。

REF是5V的精密參考輸出電壓。VDD有效后,REF變為有效(5V)。

將輸入電壓VIN經分壓后接到LINE引腳可用來監視輸入電壓是否正常。其開啟有效電平為5V,關斷有效電平為4.5V。通過LINE可在輸入電壓太低時自動關閉輸出(OUTl)以免系統過電流工作。

SHTDWM引腳可用于故障保護,其門限電壓為0.5V,SHTDWM腳電壓小于0.5V為正常(有效),大于0.5V時,則為故障。另外,也可用STHDWM監視主開關管電流,一旦其電流超過允許值,電路將便立即停止輸出。

誤差放大器同相輸入端在內部接2.5V,EAIN為其反相輸入端,EAOUT為輸出端,它在內部接PWM比較器的反相輸入端。EAIN與EAOUT之間接補償網絡。

信號地GND引腳是UCC3580中所有信號的參考點。PGND與GND在電路中應當用一點連接的方法連在一起。

在圖2所示電路中,OUTl以PWM方式驅動主開關Q1,OUT2則通過脈沖變壓器驅動輔助管Q2。同時通過R5和R6的分壓將VIN引人LINE以監視輸入電壓,R4和CR用于引入電壓前饋,SHTDWM用來監視主開關管Q1的電流,輸出電壓則經過TL431和光耦反饋至EAIN。
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