【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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)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。
推薦閱讀：
