第一代有源鉗位拓?fù)浣鉀Q方案及原理

在有源箝位專利技朮到期之后，德州儀器公司又推出了新一代有源箝位控制器UCC2891～94，以全新的高壓起動(dòng)技朮，對應(yīng)高邊箝位，低邊箝位給出四款控制器。下面我分析其特色及給出設(shè)計(jì)程序。它適于有源箝位的正激或反激變換器。是一款峰值電流型，固定頻率，高性能的脈寬調(diào)制器。包含有對主功率及箝位MOSFET的驅(qū)動(dòng)，易于調(diào)整主輔輸出的延遲，其中UCC2891/93內(nèi)含110V高壓起動(dòng)源，對通訊系統(tǒng)可以直接輸入的電源起動(dòng)，其它特點(diǎn)還有內(nèi)部可調(diào)的斜波補(bǔ)償，精密占空比限制，單電阻設(shè)置頻率或外同步，精密的線路UVLO，大幅度減少外部元件。下面詳細(xì)敘述。
UCC2891～94內(nèi)部功能方框圖如圖1。
?圖1? UCC2891-94 內(nèi)部功能方框電路
16 PIN端子功能如下：
1 PIN.RDEL
此端內(nèi)部連接到一個(gè)大約2.5V的直流源。用電阻RDEL接到GND（端6），為UCC2891控制器設(shè)置兩個(gè)開關(guān)的柵驅(qū)動(dòng)信號的延遲。對OUT（PIN13）關(guān)斷AUX(PIN14)開通，或AUX(PIN14)關(guān)斷，OUT(PIN13)開通的轉(zhuǎn)換時(shí)間都相等。延遲時(shí)間被定義如下：
????
延遲時(shí)間的正確的選擇可參考有源位功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。
2 PIN RTON
此端內(nèi)部連接到一個(gè)大約2.5V直流源。將電阻RON連接到GND(PIN6)，設(shè)置內(nèi)部定時(shí)電容的充電電流。RTON端連同RTOFF端(PIN3)被用來設(shè)置工作頻率和UCC2891系列的最大工作占空比。
3 PIN RTOFF
此端內(nèi)部連接到一個(gè)大約2.5V的直流源。將電阻ROFF連接到GND，設(shè)置內(nèi)部定時(shí)電容的放電電流。RTON和RTOFF端用來設(shè)置開關(guān)周期TSW和最大工作占空比DMAX，它們可用下面的公式計(jì)算：
????
4 PIN VREF
控制器的內(nèi)部5V的偏置源接到此端。此內(nèi)部偏置調(diào)整器需要一個(gè)高質(zhì)量的陶瓷旁路電容CVREF與GND相連接，這樣可以濾去噪聲并且為調(diào)整器電路提供補(bǔ)償。建議CVREF值為0.22μF。旁路電容的最小值為0.22μf，它受調(diào)整器的穩(wěn)定性的限制，最大旁路電容值可達(dá)到大約22μf。
VREF在內(nèi)部限流并可以提供大約5mA的電流供給外部電路。當(dāng)發(fā)生欠壓鎖定（UVLO）時(shí)，使UCC2891X控制器工作時(shí)只有基準(zhǔn)可用，關(guān)于欠壓鎖定電路的功能的詳細(xì)描述參考功能描述部分。
5 PIN SYNC
此端為外時(shí)鐘信號輸入端，此時(shí)鐘信號可用來將控制器UCC2891系列的內(nèi)部振蕩器同步。同步頻率必須要比片上振蕩器的自由運(yùn)行頻率高，TSYNC＜TSW。同步信號可以接受的最小脈寬為50ns（正極），并且它必須要比（1-DMAX）* TSYNC短，在這里DMAX由RON和ROFF決定。如果同步信號的脈寬保持在這些限制之內(nèi)，最大的工作占空比仍象RON和ROFF的比率一樣有效。在自由振蕩和外同步模式工作時(shí)，DMAX相同。如果同步信號的脈寬超過（1-DMAX）*TSYNC，最大工作占空比將由同步脈管寬來決定。
6 PIN GND
此端為UCC2891內(nèi)部所有小信號控制電路提供一個(gè)參照電平。
7 PIN CS
此端直接輸入到PWM和控制器UCC2891系列的電流限制比較器。CS端從來都不可以直接連接到功率轉(zhuǎn)換器的電流采樣電阻RCS上。在電流采樣電阻和CS端之間加入一個(gè)小型通用的RC濾波器，這對于調(diào)節(jié)片上斜率補(bǔ)償電路的正常工作和保護(hù)連接到CS端的放晶體管都是必需的。
斜率補(bǔ)償通過一個(gè)流出CS端線性增長的電流經(jīng)RF來實(shí)現(xiàn)。斜率補(bǔ)償電流只出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換器的主功率開關(guān)柵驅(qū)動(dòng)信號的導(dǎo)通期間。CS端的內(nèi)部下拉晶體管在定時(shí)電容放電期間被激活。間隔時(shí)間是（1-DMAX）* TSW 并表示主功率開關(guān)確保關(guān)斷的時(shí)間。
8 PIN RSLOPE
此端與GND之間的電阻RSLOPE設(shè)置斜率補(bǔ)償電流的幅度。在主功率柵驅(qū)動(dòng)導(dǎo)能期間，RSLOPE上的電壓代表內(nèi)部定時(shí)電容的波形。隨著定時(shí)電容開始充電，RSLOPE兩端的電壓也增大，引起電流波形的線性增長。為了斜率補(bǔ)償而供給CS端的電流與流過RSLOPE的電流是成正比。
由于在RSLOPE端的高速交流電壓波形，接到RSLOPE端的外部電路元件的寄生電容和電感應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)販p小。
9 PIN FB
此端是UCC2891系列脈寬調(diào)制電壓的輸入端。一個(gè)外部誤差放大器提供，它比較轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓，并且用一個(gè)電壓調(diào)節(jié)回路來補(bǔ)償。通常，誤差放大器放在隔離功率轉(zhuǎn)換器的次級處，并且輸出電壓通過一個(gè)光耦經(jīng)隔離邊界送過來。因此FB端通常由一個(gè)光耦來驅(qū)動(dòng)。連接到VREF端一個(gè)外部上拉電阻作為反饋電路的一部分也要正常工作。