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UCC28780自適應零電壓開關有源鉗位反激式控制器

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年04月01日  

UCC28780是一款高頻有源鉗位反激變換控制器,可用來設計高功率密度的AC-DC電源,符合嚴苛能耗標準,比如DoELevelVI和EUCoCV5Tier-2。


有用過此芯片的工程師也經常提問到,有沒有更快更好的方式調試和使用好該芯片呢?下面和小編一起認識下UCC28780吧!


UCC28780基礎認識


作為TIHVP系列里的新生代,UCC28780具有以下幾個優勢:


1.控制算法可編程,可以用來優化算法去驅動SiMOSFET和GaNFET。


2.可驅動GaNFET和driver集成器件,效率更高。


3.寬輸入范圍內通過自動調整技術,死區時間優化和可變開關頻率控制算法來實現ZVS(零電壓開關)。


4.基于輸入輸出變化,自適應多模式控制,降低可聽到的噪聲,提高效率。


5.高達1MHz的可變開關頻率使得外部無源器件尺寸更小,提高功率密度。


6.可用在機頂盒,筆記本,臺式機電源,USBPD,快充等。


7.與帶漏源電壓檢測功能的同步整流控制器共同工作,就能達到更高的轉換效率。


典型應用


芯片內部簡化框圖


UCC28780深入了解


■豐富、簡單的Pin腳定義和設置


UCC28780有16個pin腳,提供SOIC和WQFN兩種封裝形式供工程師選擇,設置了豐富而又簡單設置的Pin腳,來調節和優化有源鉗位反激方案的參數。


比如下面幾個Pin腳:


Bur:連接外部分壓電阻設置輕載下的burst模式下的電平,調節峰值電流


CS:低端FET電流檢測,檢測和控制每個周期的峰值電流


NTC:通過負溫度系數電阻,進行溫度檢查和保護


RTZ:連接外部電阻調節自適應的過渡到零延遲


SET:用來設置外部FET是GaN還是Si器件,控制器會選擇相應優化算法


SWS:通過network與SWNode相連來檢測FET上電壓從而達到ZVS控制


■多種運行模式,提高效率


在不同的輸入電壓和輸出功率下,內置四種運行模式來提高效率,降低損耗。


自適應幅度調制模:在重載下調初級整峰值電流;


自適應間歇振蕩模式:在中低負載范圍內調節每個脈沖群的脈沖數量;


低功率模式:降低脈沖群的兩個脈沖的初級峰值電流;


待機功率模式:在無負載時通過降低突發群的頻率降低系統損耗;


表一


整個負載范圍內的控制法則


UCC28780獨特的間歇振蕩模式控制在有源鉗位反激中提高了輕載時的效率,同時降低了常規間歇振蕩模式的缺點:輸出紋波和可聽噪聲。集成了保護特性來達到最大限度的可靠性,比如軟啟動,輸入電壓保護,過溫保護,輸出過壓保護,輸出過載保護,過流以及輸出短路等。


■帶自動調整的自適應ZVS(零電壓開關)控制


我們以下面的框圖來了解一下UCC28780的ZVS控制。


高電壓檢測網絡從開關節點電壓(Vsw)處給SWSpin腳提供電壓。


ZVS鑒別器識別是否達到了ZVS要求,判斷調整PWMH的導通時間(tDM),通過檢測Vsw電壓是否達到了預定的ZVS閾值(VTH(SWS)),圖中tz為目標零電壓轉換時間,由內置PWMHtoPWML死區時間優化器控制。


自適應ZVS控制框圖


虛線為當前開關周期波形,Vsw電壓值還沒有達到閾值ZVS閾值(VTH(SWS)),ZVS鑒別器發送一個調整信號增加tDM時間用在下一個開關周期,在圖中以實線表示。


磁化電流增加,使得下一個周期的Vsw比上一個周期的Vsw電壓更低,在同樣tz的時間下能夠達到ZVS閾值(VTH(SWS))。


這樣在一些開關周期后,tDM優化器將電路設置和鎖定到零電壓開關狀態。穩定后,對tDM進行微調,幅度為一個LSB(最低位),這么小的微調不會影響電路狀態。


如下圖所示,ZVS控制非常快,在15個開關周期內既能將電路鎖定在ZVS狀態運行,ZVS調整環路鎖定和微調一個LSB。在ZVS鎖定前由于tDM時間不夠長,反向激勵電流IM-不足,UCC28780以谷底開通模式啟動。


自適應ZVS控制的自動調整過程


■死區時間優化


芯片控制兩個死區時間,不僅控制tz(上管關閉到下管導通)時間,同時控制tD(PWML-H)(下管關閉到上管導通)時間。


對于不同的FET器件(GaN和Si)控制算法不一樣。


通過對SETpin腳進行設定:


當VSET=0V時,ACF應用使用GaN功率FET器件(寄生參數較SiMOSFET小很多),Vsw的壓擺率很高,所以固定增加一個40nS的延遲導通。


當VSET=5V時,ACF應用使用Si功率MOSFET,由于MOSFET寄生參數Coss會隨著MOSFET漏源電壓VDS反向非線性變化,Vsw電壓會有一個斜坡上升過程,所以控制器會對輔助繞組電壓進行過零檢測(ZCD),在此基礎上增加50nS延遲再開通上管。


該控制算法對死區時間可逐周期調整,避免上管硬開通的同時,快速開通上管減少了上管的體二極管導通時間。


使用GaN和SiFET優化tD(PWML-H)控制


UCC28780實測性能


90V~264V通用電壓輸入,輸出20V,2.25A,使用GaNFET和同步整流UCC24612,使用該芯片進行有源鉗位反激(ACF)拓撲設計,測試結果如下:


滿載效率VS輸入電壓


效率VS負載


輸出紋波電壓(115V輸入、2.25A輸出)


紋波電壓(115V輸入、0.9A輸出)


負載瞬態相應(115V輸入,0A到2.25A負載切換)


在不同輸入電壓下滿載高達93%以上的效率,符合嚴苛的能源標準:DoELevelVI和EUCoCV5Tier-2等。紋波電壓滿載時低至30mV,0.9A負載時低至43.6mV,以及良好的負載瞬態相應。這些都說明了UCC28780在有源鉗位反激拓撲下優異的性能,值得大家重點關注。


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