【導(dǎo)讀】UCC28780 是一款高頻有源鉗位反激變換控制器，可用來(lái)設(shè)計(jì)高功率密度的 AC-DC 電源，符合嚴(yán)苛能耗標(biāo)準(zhǔn)，比如 DoE Level VI 和 EU CoC V5 Tier-2。
有用過(guò)此芯片的工程師也經(jīng)常提問(wèn)到，有沒(méi)有更快更好的方式調(diào)試和使用好該芯片呢？下面和小編一起認(rèn)識(shí)下 UCC28780 吧！
UCC28780 基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)
作為 TI HVP 系列里的新生代，UCC28780 具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：
1. 控制算法可編程，可以用來(lái)優(yōu)化算法去驅(qū)動(dòng) SiMOSFET 和 GaN FET。
2. 可驅(qū)動(dòng) GaN FET 和 driver 集成器件，效率更高。
3. 寬輸入范圍內(nèi)通過(guò)自動(dòng)調(diào)整技術(shù)，死區(qū)時(shí)間優(yōu)化和可變開(kāi)關(guān)頻率控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn) ZVS (零電壓開(kāi)關(guān))。
4. 基于輸入輸出變化，自適應(yīng)多模式控制，降低可聽(tīng)到的噪聲，提高效率。
5. 高達(dá) 1MHz 的可變開(kāi)關(guān)頻率使得外部無(wú)源器件尺寸更小，提高功率密度。
6. 可用在機(jī)頂盒，筆記本，臺(tái)式機(jī)電源，USB PD，快充等。
7. 與帶漏源電壓檢測(cè)功能的同步整流控制器共同工作，就能達(dá)到更高的轉(zhuǎn)換效率。
典型應(yīng)用
芯片內(nèi)部簡(jiǎn)化框圖
UCC28780 深入了解
■ 豐富、簡(jiǎn)單的 Pin 腳定義和設(shè)置
UCC28780 有 16 個(gè) pin 腳，提供 SOIC 和 WQFN 兩種封裝形式供工程師選擇，設(shè)置了豐富而又簡(jiǎn)單設(shè)置的 Pin 腳，來(lái)調(diào)節(jié)和優(yōu)化有源鉗位反激方案的參數(shù)。
比如下面幾個(gè) Pin 腳：
● Bur：連接外部分壓電阻設(shè)置輕載下的 burst 模式下的電平，調(diào)節(jié)峰值電流
● CS：低端 FET 電流檢測(cè)，檢測(cè)和控制每個(gè)周期的峰值電流
● NTC：通過(guò)負(fù)溫度系數(shù)電阻，進(jìn)行溫度檢查和保護(hù)
● RTZ：連接外部電阻調(diào)節(jié)自適應(yīng)的過(guò)渡到零延遲
● SET：用來(lái)設(shè)置外部 FET 是 GaN 還是 Si 器件，控制器會(huì)選擇相應(yīng)優(yōu)化算法
● SWS：通過(guò) network 與 SWNode 相連來(lái)檢測(cè) FET 上電壓從而達(dá)到 ZVS 控制
■ 多種運(yùn)行模式，提高效率
● 在不同的輸入電壓和輸出功率下，內(nèi)置四種運(yùn)行模式來(lái)提高效率，降低損耗。
● 自適應(yīng)幅度調(diào)制模：在重載下調(diào)初級(jí)整峰值電流；
● 自適應(yīng)間歇振蕩模式：在中低負(fù)載范圍內(nèi)調(diào)節(jié)每個(gè)脈沖群的脈沖數(shù)量；
● 低功率模式：降低脈沖群的兩個(gè)脈沖的初級(jí)峰值電流；
● 待機(jī)功率模式：在無(wú)負(fù)載時(shí)通過(guò)降低突發(fā)群的 頻率降低系統(tǒng)損耗；
表一
整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的控制法則
UCC28780 獨(dú)特的間歇振蕩模式控制在有源鉗位反激中提高了輕載時(shí)的效率，同時(shí)降低了常規(guī)間歇振蕩模式的缺點(diǎn)：輸出紋波和可聽(tīng)噪聲。 集成了保護(hù)特性來(lái)達(dá)到最大限度的可靠性，比如軟啟動(dòng)，輸入電壓保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)，輸出過(guò)壓保護(hù)，輸出過(guò)載保護(hù)，過(guò)流以及輸出短路等。
■ 帶自動(dòng)調(diào)整的自適應(yīng) ZVS (零電壓開(kāi)關(guān)) 控制
我們以下面的框圖來(lái)了解一下 UCC28780 的 ZVS 控制。
● 高電壓檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)從開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓 (Vsw) 處給 SWS pin 腳提供電壓。
● ZVS 鑒別器識(shí)別是否達(dá)到了 ZVS 要求，判斷調(diào)整 PWMH 的導(dǎo)通時(shí)間 (tDM), 通過(guò)檢測(cè) Vsw 電壓是否達(dá)到了預(yù)定的 ZVS 閾值 (VTH(SWS))，圖中 tz 為目標(biāo)零電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間，由內(nèi)置 PWMH to PWML 死區(qū)時(shí)間優(yōu)化器控制。
自適應(yīng) ZVS 控制框圖
虛線為當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期波形，Vsw 電壓值還沒(méi)有達(dá)到閾值 ZVS 閾值 (VTH(SWS))，ZVS 鑒別器發(fā)送一個(gè)調(diào)整信號(hào)增加 tDM 時(shí)間用在下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，在圖中以實(shí)線表示。
磁化電流增加，使得下一個(gè)周期的 Vsw 比上一個(gè)周期的 Vsw 電壓更低，在同樣 tz 的時(shí)間下能夠達(dá)到 ZVS 閾值 (VTH(SWS))。
這樣在一些開(kāi)關(guān)周期后，tDM 優(yōu)化器將電路設(shè)置和鎖定到零電壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)。穩(wěn)定后，對(duì) tDM 進(jìn)行微調(diào)，幅度為一個(gè) LSB（最低位），這么小的微調(diào)不會(huì)影響電路狀態(tài)。
如下圖所示，ZVS 控制非常快，在 15 個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)既能將電路鎖定在 ZVS 狀態(tài)運(yùn)行，ZVS 調(diào)整環(huán)路鎖定和微調(diào)一個(gè) LSB。在 ZVS 鎖定前由于 tDM 時(shí)間不夠長(zhǎng)，反向激勵(lì)電流 IM-不足，UCC28780 以谷底開(kāi)通模式啟動(dòng)。
自適應(yīng) ZVS 控制的自動(dòng)調(diào)整過(guò)程
■ 死區(qū)時(shí)間優(yōu)化
芯片控制兩個(gè)死區(qū)時(shí)間，不僅控制 tz (上管關(guān)閉到下管導(dǎo)通) 時(shí)間，同時(shí)控制 tD (PWML-H) (下管關(guān)閉到上管導(dǎo)通) 時(shí)間。
對(duì)于不同的 FET 器件（GaN 和 Si）控制算法不一樣。
通過(guò)對(duì) SET pin 腳進(jìn)行設(shè)定：
當(dāng) VSET=0V 時(shí)，ACF 應(yīng)用使用 GaN 功率 FET 器件 (寄生參數(shù)較 Si MOSFET 小很多)，Vsw 的壓擺率很高，所以固定增加一個(gè) 40nS 的延遲導(dǎo)通。
當(dāng) VSET=5V 時(shí)，ACF 應(yīng)用使用 Si 功率 MOSFET，由于 MOSFET 寄生參數(shù) Coss 會(huì)隨著 MOSFET 漏源電壓 VDS 反向非線性變化，Vsw 電壓會(huì)有一個(gè)斜坡上升過(guò)程，所以控制器會(huì)對(duì)輔助繞組電壓進(jìn)行過(guò)零檢測(cè) (ZCD)，在此基礎(chǔ)上增加 50nS 延遲再開(kāi)通上管。
該控制算法對(duì)死區(qū)時(shí)間可逐周期調(diào)整，避免上管硬開(kāi)通的同時(shí)，快速開(kāi)通上管減少了上管的體二極管導(dǎo)通時(shí)間。
使用 GaN 和 Si FET 優(yōu)化 tD(PWML-H) 控制
UCC28780 實(shí)測(cè)性能
90V~264V 通用電壓輸入，輸出 20V, 2.25A，使用 GaN FET 和同步整流 UCC24612，使用該芯片進(jìn)行有源鉗位反激 (ACF) 拓?fù)湓O(shè)計(jì)，測(cè)試結(jié)果如下：
滿載效率 VS 輸入電壓
效率 VS 負(fù)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(fù)載瞬態(tài)相應(yīng)（115V 輸入，0A 到 2.25A 負(fù)載切換）
在不同輸入電壓下滿載高達(dá) 93% 以上的效率，符合嚴(yán)苛的能源標(biāo)準(zhǔn)：DoE Level VI 和 EU CoC V5 Tier-2 等。紋波電壓滿載時(shí)低至 30mV，0.9A 負(fù)載時(shí)低至 43.6mV，以及良好的負(fù)載瞬態(tài)相應(yīng)。這些都說(shuō)明了 UCC28780 在有源鉗位反激拓?fù)湎聝?yōu)異的性能，值得大家重點(diǎn)關(guān)注。
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