移相谐振全桥软开关控制器UCC3895

1、引言

　　UCC3895是美国德州仪器公司生产的移相谐振全桥软开关控制器，该系列控制器采用了先进的BCDMOS技术。UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列控制器完全相同，同时增加了一些新的功能。下面对其特点、引脚功能、电气参数、工作原理分别进行介绍。

2、特点和引脚说明

2.1 特点

　　（1）输出导通延迟时间编程可控；
　　（2）自适应延迟时间设置功能；
　　（3）双向振荡器同步功能；
　　（4）电压模式控制或电流模式控制；
　　（5）软启动/软关机和控制器片选功能编程可控，单引脚控制；
　　（6）占空比控制范围0％～100％；
　　（7）内置7MHz误差放大器；
　　（8）最高工作频率达到1MHz；
　　（9）工作电流低，500KHz下的工作电流仅为5mA；
　　（10）欠压锁定状态下的电流仅为150μA。

2.2 引脚说明

　　UCC3895和UCC2895移相谐振全桥软开关控制器采用SOIC-20、PDIP-20、TSSOP-20和PLCC-20四种封装形式，UCC1895采用CDIP-20和CLCC-20两种封装形式。下面以PDIP-20为例进行介绍，其引脚排列如图1所示。UCC3895系列移相谐振控制器采的引脚功能简介如下：
　　·EAN（引脚1）：误差放大器反相输入端。
　　·EAOUT（引脚2）：误差放大器输出端。在控制器内部，该端分别与PWM比较器和空载比较器的非反相输入端相连，并箝位于软启动电压。当该端上的电压低于500mV时，控制器的输出级将被空载比较器关断。当该端上的电压升至600mV时，输出级重新开通。
　　·RAMP（引脚3）：PWM比较器的非反相输入端。在电压模式或平均电流模式下，该端接CT（引脚7）上的锯齿波信号；而在峰值电流模式下，该端接电流信号。RAMP内接放电晶体管，该晶体管在振荡器死区时间内触发。
　　·REF（引脚4）：精密5V基准电压输出端。控制器内部的基准电源一方面为控制器内部的电路供电，另一方面还能够向外接负载提供5mA的偏置电流。该基准电源仅在欠压锁定状态下关断，而在其他失效状态下仍能继续工作。实际当中，该端应外接低ESR和低ESL的旁路电容，其大小至少应为0.1μF。
　　·GND（引脚5）：信号地。
　　·SYNC（引脚6）：振荡器同步信号输出端。该端是双向的，作为输出端时，该端可以输出时钟信号。作为输入端时，该端可以输入外部同步信号，可实现多只控制器同步工作。该引脚还可以起到对CT引脚上的定时电容以及RAMP引脚上的滤波电容进行放电的作用。同步电路输入电压的下限阈值为1.9V，上限阈值为2.1V。为了减小同步脉冲的宽度，在SYNC和GND引脚之间应接入一只3.9Ω的电阻。
　　·CT（引脚7）：振荡器定时电容击接入端。定时电容的充电电流由控制器控制，该定时电容上的锯齿波峰值电压为2.35V。振荡周期tOSC可按下式进行估算：

　　　　　　 （1）
　　上式中，CT的单位取法拉，RT的单位取欧姆，tOSC的单位取秒。
　　注意，定时电容和定时电阻的
　　·RT（引脚8）：振荡器定时电阻接入端。定时电容的充电电流是一个固定值，其大小由定时电阻RT决定，如下式所示：

　（2）
　　·DELAB（引脚9）/DELCD（引脚10）：输出端A-D延迟控制信号输入端。延迟时间应在同一桥臂中一只开关管关断之后，另一只开关管开通之前加入，为谐振创造条件。延迟时间的估算可参照下式：

　（3）
　　上式中，VDEL的单位取伏特，RT的单位取欧姆，tdelay的单位取秒。
　　DELAB和DELCD能够提供最大值为1mA的灌电流。实际当中，应保证DELAB和DELCD引脚的杂散电容小于10pF。
　　·ADS（引脚11）：延迟时间设置端。当ADS引脚直接与CS引脚相连时，输出延迟死区时间为零。当ADS引脚接地时，输出延迟时间最大。CS引脚上的电压为2.0V时的延迟时间是CS电压为0V时的4倍。输出端A-D延迟控制信号输入端上的电压由下式决定：

　 （4）
　　上式中，VCS和VADS的单位取伏特。
　　ADS引脚上的电压需限制在0V～2.5V范围内，并且不能超过CS引脚上的电压。另外，输出端A-D延迟控制信号输入端上的电压的最小值应箝位于0.5V。
　　·OUTA/OUTB/OUTC/OUTD（引脚18、17、14、13）：驱动输出端。这四个输出端由互补MOS驱动电路构成，能够提供100mA的驱动电流，可以驱动FET驱动电路。OUTA和OUTB是完全互补的，其占空比接近50％，可以驱动半桥电路。OUTC和OUTD也是如此。对于OUTA而言，OUTC的相位发生了移动；对于OUTB而言，OUTD的相位也发生了移动。
　　·VDD（引脚15）：偏置电源输入端。该端需接低ESR、低ESL的旁路电容，其容量不可低于1μF。
　　·PGND（引脚16）：功率地。该端为大电流输出级的接地端。
　　·SS/DISB（引脚19）：软启动/禁止端。通过该端可以实现软启动和控制器快速禁止两项独立的功能。当下面的四种情况之一发生时，控制器将被快速关断：（1）该端的电压低于0.5V；（2）或REF上的电压跌落到4V以下；（3）VDD上的电压低于欠压锁定下限阈值；（4）发生过零故障。当故障排除或禁止状态结束后，如果VDD上的电压超过了启动阈值，而该端上的电压在软关断过程中跌落到0.5V以下，则将进入软启动模式。此时，SS/DISB引脚上灌电流的大小将等于IRT。软启动时间的大小由SS/DISB引脚上的软启动电容决定。另外，为了对该端上的最高电压进行限制，还需要在软启动电容上并联一只电阻。注意，无论是在软启动、软关断，还是在禁止状态下，该端上的电压都将被有源箝位，其大小与EAOUT上引脚上的电压相等。
　　·EAP（引脚20）：误差放大器的非反相输入端。

[p] 3、额定参数和主要电气参数

　　UCC3895的额定参数如表1所示。

　　UCC3895的主要电气参数如表2所示。

表2 UCC3895主要电气参数表
　　注：（1）如不特别注明： VDD=12V, RT = 82K,CT =220pF, RDELAB =RDELCD = 10K, CREF = 0.1mF, CVDD = 0.1mF, TA= TJ.

4、工作原理

　　UCC3895是采用BCDMOS工艺制作的移相全桥PWM控制器，最高工作频率可以达到1MHz。该控制器将定频PWM技术与零电压开关技术结合在一起，使变换器在高频下的转换效率大大提高。UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列移相全桥PWM控制器相同，只是在控制电路、延迟设置和关断功能等方面进行了改进。另外，由于采用BCDMOS工艺，与UC3875和UC3879相比，其偏置电流显著降低。
　　UCC3895内部集成了精密基准电源、高频振荡器、软启动电路、过流保护电路、电流检测电路、空载比较器、欠压锁定电路、驱动输出电路、基准电压监测电路、延迟设置电路、禁止状态比较器、PWM锁存器、D触发器等，其原理框图如图2所示。
　　由于UCC3895在功能上与UC3875和UC3879移相全桥PWM控制器基本相同，因此对UCC3896的基本工作原理此处不再赘述。下面仅对UCC3895中输出端延迟时间的设置问题加以介绍。
　　UCC3895允许用户对桥臂驱动脉冲之间延迟时间的大小进行设置。实际当中，用户可以根据式（3）和式（4）对延迟时间进行设定。图2-4-3所示为外接延迟时间编程电阻示意图。延迟设置电路的原理图参见图2-4-4。延迟设置功能由ADS引脚进行控制。当ADS引脚分别与CS、GND或与CS和GND之间的电阻分压器相连时可实现不同的延迟时间调制。如果ADS引脚接地，由式（3）和式（4）可知，VDEL将与VCS成正比，随着负载的增大，延迟时间tdelay将相应下降。此时，VDEL的最大值为2V。如果VADS与CS和GND之间的电阻分压器相连，由于（VCS-VADS）项减小，导致VDEL下降，此时延迟调制量将有所减小。当ADS引脚与CS相连时，VDEL被限制在0.5V，延迟时间为零。由此可见，ADS引脚直接接地时对应的延迟调制量最大。当负载由轻载逐渐增至满载时，VDEL将在0.5V~2V之间变化。随着负载的不断变化，延迟时间的变化比率最大可以达到4:1。