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摘要 UCC28700器件是一款初級控制反激式電源控制器，支持恒壓與恒流調整。該器件不僅可針對電壓及電流調整提供高分辨率，而且還具有極低的無(wú)負載功耗以及良好的啟動(dòng)性能，非常適合低功耗適配器及輔助電源應用。與同類(lèi)競爭產(chǎn)品相比，UCC28700器件不僅具有更好的性能，而且所需的VDD電容器容量更小�？蛻�(hù)可能遇到過(guò)UCC28700器件無(wú)法啟動(dòng)恒流滿(mǎn)負載、但可啟動(dòng)電阻滿(mǎn)負載的情況。其真正的原因是VDD電容器的值不夠，而且初級峰值電流設計得太小。本文將探討初級峰值電流和VDD電容器的設計，并將用實(shí)驗結果驗證理論分析。 1.介紹 UCC28700是一款恒壓、恒流反激式控制器，無(wú)需使用光耦合器便可實(shí)現一次側穩壓。圖1是UCC28700的應用電路。 圖1：UCC28700應用電路 在圖1中： RSTR 是高電壓?jiǎn)?dòng)電阻; CDD 是 VDD 引腳上的蓄能電容器; RS1 是高側反饋電阻; RS2 是低側反饋電阻; RCBC 是可編程線(xiàn)纜補償電阻; RCS 是初級峰值電流編程電阻; RLC 是 MOSFET 關(guān)斷延遲的補償編程電阻。 初級峰值電流是UCC28700在恒流滿(mǎn)負載條件下啟動(dòng)的一個(gè)重要因素。接下來(lái)將我們將進(jìn)行詳細分析。 2.分析 圖2是UCC28700的二次側電路，IS=IC+IL。如果在啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)UCC28700器件的負載是電阻，則VO會(huì )從零上升，而且 IL 已經(jīng)足夠低了，無(wú)需高Is。但如果該器件的負載是恒流，而且負載電流較大，就需要高IS來(lái)使IC保持為正，以縮短輸出電壓從0上升到VOCC所需的時(shí)間。VOCC是最低目標轉換器輸出電壓，它會(huì )讓輔助匝電壓等于 VDD引腳上的UVLO關(guān)斷電壓。 圖2：UCC28700二次側電路 對于CDD、CO和變壓器而言，可提供下列等式。等式4中提供了1mA的電流裕度。 注：NP是變壓器的一次匝數，NS是二次匝數，NA是輔助匝數。 其中： ?VDD(off)是UVLO關(guān)斷電壓。 ?VDD(on)是UVLO開(kāi)啟電壓。 ?Irun是UCC28700工作時(shí)VDD引腳上的電源電流。 ?VDD是CDD電壓。 ?ΔVDD是CDD上降低的電壓。 ?ta是輸出電壓從0上升到VOCC時(shí)所用的時(shí)間。 根據上述等式，如果IS值為低，IC就將為小，因此輸出電壓上升到VOCC所需的時(shí)間ta就會(huì )較長(cháng)。但在這段時(shí)間里，VDD可能會(huì )下降至VDD(off) 以下，而且UCC28700器件可能會(huì )進(jìn)入UVLO狀態(tài)，停止開(kāi)關(guān)。隨后通過(guò)RSTR的電流可為CDD充電。在VDD比VDD(on)高時(shí)，該器件會(huì )重新啟動(dòng)。盡管故障啟動(dòng)會(huì )繼續，但UCC28700器件無(wú)法進(jìn)入正常狀態(tài)。 在等式4中，如果CDD足夠大，ΔVDD對于特定ta而言將為小。因此，大容量CDD值和高初級峰值電流會(huì )讓 UCC28700順利啟動(dòng)。但是，大容量CDD值意味著(zhù)較高價(jià)格和較大尺寸，而且高初級峰值電流會(huì )增大功耗及變壓器尺寸。因此選擇CDD和初級峰值電流需要進(jìn)行權衡。 在正常工作中，VDD由輔助繞組電壓決定。如果VO達到其最大值，VDD也會(huì )達到其最大值。該關(guān)系如等式6所示。 從等式2、3和6可以看出，如果NA增大，ta就會(huì )減少，這將有利于UCC28700的啟動(dòng)。因此NA也應該選擇較大值，同時(shí)還必須為VDD提供電壓裕度。 3.設計 除CDD和RCS之外，所有器件值都與UCC28700EVM-068 5-W USB適配器[1]原理圖一樣。圖3摘自UCC28700產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)[2]。IS可使用等式7計算，這里ηXFMR是估計的變壓器效率。 變壓器效率受鐵芯及繞組損耗、漏感比以及偏置功率與額定輸出功率之比的影響。以一個(gè)5V、1A的充電器為例，1.5%的偏置功率是良好的估算值[1]。90%的整體變壓器效率是約略估計，其中包括3.5%的漏感、5%的鐵芯損耗及繞組損耗以及1.5%的偏置功率[1]。 最大初級峰值電流IPP出現在啟動(dòng)開(kāi)始的時(shí)候，隨即UCC28700器件會(huì )進(jìn)入恒流調節狀態(tài)，保持0.425的恒定二次二極管導通占空比。 該變壓器是EVM上的WE 750312723，NP/NS=15.33、NP/NA=3.83，飽和電流為440mA。 圖3：變壓器電流 在啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，輸出電容器的平均充電電流為正值，充電電流等于(IS-IL)，如等式1所示。在VO上升至VOCC之前，輔助匝電壓低于VDD，此時(shí)CDD無(wú)法通過(guò)輔助匝充電。但在此期間，CDD會(huì )被Irun和柵極驅動(dòng)電流放電。如果 VDD低于VDD(off)，UCC28700器件就會(huì )關(guān)斷。為確保器件順利啟動(dòng)，在ta內VDD必須大于VDD(off)。在等式8和等式9中，應用了一個(gè)臨界條件。Tstart是VO從0上升至VOCC的時(shí)間。等式2是VOCC和VDD(off)的關(guān)系。在等式8 中，有1mA的估計柵極驅動(dòng)電流，而且為VDD添加了1V的裕度。VCST是芯片選擇閾值電壓。在啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，UCC28700 VS引腳上的電壓為低，因此VCST保持其最大值。 如表1所示，UCC28700器件有更好的恒流(CC)調整性能，更高的最大工作頻率，其可最大限度縮小解決方案尺寸。待機功耗不足30mW，符合五星評級要求。更高的最大VDD，可縮小VDD電容器值。在表1中突出顯示的三種產(chǎn)品中，UCC28700器件是設計5V適配器的最佳選擇。UCC28700器件可選擇更高的NA/NS，因為根據等式2，它具有更高的最大VDD，可實(shí)現更短的tstart(見(jiàn)等式9)。在等式8中，tstart與CDD成正比，因此在設計中需要較小的CDD。 表 1：參數比較表 4.實(shí)驗 為驗證上述分析，我們使用了一款UCC28700EVM-068 5-W USB適配器。除了CDD和RCS外，所有器件值均保持不變，CDD=4.7μF、RCS=1.8Ω。負載為恒定電流1A。 圖4是UCC28700的啟動(dòng)波形，CH1是MOSFET柵極驅動(dòng)信號，CH3是輸出電壓。該器件啟動(dòng)順暢，沒(méi)有過(guò)沖和聲頻噪聲。該圖顯示，UCC28700器件有非常好的啟動(dòng)性能。在圖4中，tstart接近18ms，與計算結果吻合。 圖4：UCC28700啟動(dòng)波形 圖5、圖6和圖7是比較性實(shí)驗。CH1是VDD電壓，CH3是輸出電壓。 在圖5中，CDD=4.7μF，RCS=2.05Ω：由于初級峰值電流不夠大，VDD下降到VDD(off)之下，因此UCC28700器件無(wú)法啟動(dòng)。 在圖6中，CDD=4.7μF，RCS=1.8Ω：初級峰值電流增大，因此能觀(guān)察到良好的啟動(dòng)性能。 在圖7中，CDD=4.7μF，RCS=2.05Ω：UCC28700器件無(wú)法啟動(dòng)，因為CDD的容量不足以提供足夠的能量。 實(shí)驗結果說(shuō)明，大初級峰值電流和大容量CDD都能讓UCC28700在恒流滿(mǎn)負載下成功啟動(dòng)。這些結果印證了上述分析。 圖5：CDD=4.7μF，RCS=2.05Ω時(shí)的UCC28700啟動(dòng)波形 圖6：CDD=4.7μF，RCS=1.8Ω時(shí)的UCC28700啟動(dòng)波形 圖7：CDD=1μF，RCS=1.8Ω時(shí)的UCC28700啟動(dòng)波形 5.結論 比較結果說(shuō)明，UCC28700器件在CV及CC調節、解決方案尺寸、待機功耗和VDD電容器值方面具有更優(yōu)異的特性。在本研究過(guò)程中，我們對初級峰值電流和VDD電容器進(jìn)行了分析計算。隨后根據等式選擇了適當的參數，然后通過(guò)實(shí)驗結果驗證了該分析。 6.參考資料 [1]《UCC28700EVM-068 5-W USB適配器》。德州儀器用戶(hù)指南，SLUU968，2012年7月。 [2]《支持一次側穩壓的恒壓恒流控制器》。德州儀器 UCC2870x 產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，SLUSB41，2012年7月。 |
