UCC3895芯片是Texaslnstruments公司生產(chǎn)的專用于PWM移相全橋DC／DC變換器的新型控制芯片。它在UC3875(79)系列原有功能的基礎(chǔ)上增加了自適應(yīng)死區(qū)設(shè)置和PWM軟關(guān)斷能力,，這樣就適應(yīng)了負載變化時不同的準諧振軟開關(guān)要求,。同時由于它采用了BICMOS工藝，使得它的功耗更小,，工作頻率更高,，因而更加符合電力電子裝置高效率、高頻率,、高可靠的發(fā)展要求,。通過不同的外圍電路設(shè)置，既可工作于電壓模式,，也可工作于電流模式,，并且軟啟動／軟停止可按要求進行調(diào)節(jié)。
2．UCC3895芯片介紹
UCC3895芯片采用了20個引腳實現(xiàn)了以下功能：自適應(yīng)死區(qū)時間設(shè)置,；振蕩器雙向同步功能,；電壓模式控制或電流模式控制；軟啟動／軟關(guān)斷和控制器片選功能可編程,；移相占空比控制范圍0％～100％,；內(nèi)置7MHz帶寬誤差放大器；最高工作頻率達到1MHz,；工作電流低,，500kHz下的工作電流僅為5mA；欠壓鎖定狀態(tài)下的電流僅為150μA,。
UCC3895芯片是UC3875(79)系列芯片的升級,，同后者相比，內(nèi)部電路做了許多改進，設(shè)計更為方便,，性能有所增加,。下面介紹其部分主要引腳功能：
EAP、EAN,、EAOUT分別為誤差放大器的同相輸入端,、反向輸入端和輸出端。
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CS和ADS CS是電流檢測比較器的反相輸入端,。內(nèi)部接到電流測量比較器負輸入端和過流比較器正輸入端以及ADS放大器,。電流測量信號用于實現(xiàn)峰值電流模式控制中的逐周期限流，及過流關(guān)閉輸出脈沖保護,。過流關(guān)閉輸出脈沖會導致一個重新的軟啟動過程,。ADS是自適應(yīng)死區(qū)時間設(shè)置，是該控制芯片新增的控制管腳,，可設(shè)置最大和最小輸出死區(qū)時間之比值,。CS端的電壓應(yīng)限制在2.5V以下。當ADS與CS相連時,，死區(qū)時間沒有自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能,；當ADS直接接地時，死區(qū)時間調(diào)節(jié)范圍最大,，此時,，CS=0時的死區(qū)時間約為CS=2.0V(峰值電流限制值)時死區(qū)時間的4倍。當ADS接到CS和GND之間的電阻分壓器上時(見圖1),，VADS-VCS項減小,，使VDEL也減小，即死區(qū)調(diào)節(jié)量減小,。ADS通過式(1)改變腳DELAB和DELCD上的輸出電壓值VDEL,，叫從而改變輸出死區(qū)。
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式(1)中VADS必須限制在0V到2.5V且必須小于等于VCS,。圖1給出與死區(qū)設(shè)置有關(guān)的電阻接線方法,。
DELAB和DELCD兩引腳分別為兩路互補輸出端之間的死區(qū)時間設(shè)置。RDELAB通過DELAB端設(shè)置OUTA和OUTB之間的死區(qū)時間,，RDELCD通過DELCD端設(shè)置OUTC和OUTD之間的死區(qū)時間,。在該死區(qū)時間內(nèi)，外部橋式變換器的功率器件實現(xiàn)諧振轉(zhuǎn)換,。兩半橋允許不同的死區(qū)時間以適應(yīng)不同的等效諧振電容充電電流,。死區(qū)時間由式(2)決定：
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DELAB和DELCD引腳上可輸出最大電流為1mA，應(yīng)選擇電阻RDEL使其輸出電流不超過該值,。
CT和RT CT接振蕩定時電容CT,，RT外接振蕩定時電阻RT,。振蕩器通過一個可調(diào)的電流對CT充電，充電電流由RT決定,。CT上波形為鋸齒波,，峰值約2.35V。振蕩周期由式(3)近似估算,，CT可從100pF到880pF,，RT的阻值范圍40kΩ～120kΩ。
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OUTA,，OUTB,，OUTC,，OUTD 4個100mA的互補輸出MOS驅(qū)動信號,。OUTA和OUTB互補，OUTC和OUTD互補,，分別驅(qū)動外部功率電路的一個半橋功率開關(guān),，它們的工作頻率為振蕩頻率的一半。
SS／DISB軟啟動和禁止端,。其中禁止模式即芯片輸出的快逸關(guān)閉,。禁止模式在外部強制SS／DISB低于0.5V、外部強制REF低于4V,、VDD低到UNLO設(shè)定值之下,、或在發(fā)生過流故障(CS>=2.5V)時啟動。在REF低于4V或VDD低到UNLO情況發(fā)生時,，SS／DISB被內(nèi)部MOSFET拉低到地,，如果是發(fā)生過流，SS／DISB吸入10倍IRT電流直到SS／DISB低于0.5V,。
圖2是UCC3895的時序圖,。
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圖2中，是時鐘信號,，RAMP是RT端的鋸齒波,，COMP表示的是電壓模式控制時誤差調(diào)節(jié)器的輸出信號。OUTPUTA,、B,、C、D為互補輸出MOS管的四個驅(qū)動信號,。OUTPUTA和B互補,，OUTPUTC和D互補，OUTPUTA,、B和OUTPUTC,、D之間的相位差由圖中輸出PWM波形的占空比決定,。
3．基于UCC3895DC／DC變換器的參數(shù)設(shè)計
DC／DC變換器的電路原理如下圖3。圖中除了UCC3895及其外圍電路外,，QA,、QB、QC和QD四個MOSFET組成橋式變換電路,，依靠其漏源間等效電容實現(xiàn)零電壓軟開關(guān),；T1和T2為脈沖變壓器，分別用來驅(qū)動主電路開關(guān)管QA,、QB和QC,、QD；T4為電流互感器,，與C7,、R10一起組成電流檢測電路；T3為高頻變壓器,，實現(xiàn)輸出隔離和電壓匹配,；D1和D2對高頻變壓器副邊電壓整流，精L1,、L2和C10濾波得到輸出直流電壓VCC,；TL431是一個基準電壓為2.5V的電壓調(diào)節(jié)器，通過光耦Q8實現(xiàn)輸出電壓閉環(huán)反饋,。
采用UCC3895芯片作為控制電路主要部分,，通過TI公司提供的原理圖、測試參數(shù),、設(shè)計原理,、應(yīng)用參數(shù)等資料，結(jié)合本實驗的要求給出部分電路參數(shù)設(shè)計,。
預(yù)設(shè)fosc=200kHz,，得tosc=1／200kHz=5μs，根據(jù)式(3)計算得RTCT=46.8×10-6,，取RT=100kΩ,，CT=470pF。
由式(1)和(2),，開關(guān)切換時CS端的最低電壓決定了最大死區(qū)時間,。VCS上的電壓范圍為0V～2.5V，選取RCS=200kΩ,，RADS=100kΩ,，如圖3所示。據(jù)式(1)得到VDEL上的電壓范圍為0.5V～1.75V,，選取RDELAB=RDELCD=2kΩ,，最大電流為0.875mA<1mA,，符合要求。再據(jù)式(2)得到死區(qū)時間為50～125ns,。
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據(jù)光耦參數(shù),，取工作點為IC=2.5mA，IF=3mA,，選擇EAP端電壓工作點為VREF的中點,，即得R4=VREF／(2IC)=1kΩ。
根據(jù)設(shè)計要求輸出電壓Vcc=30V,，已知TL431的參考電壓為2.5V,，則應(yīng)取R8=11kΩ，R9=1.0kΩ,。選擇TL431輸出端電壓工作點為動態(tài)范圍的中點,，可得R11=(Vcc-1.5-2.5)／(2IF)=4.3kΩ。
選擇驅(qū)動變壓器原,、副邊匝比為10：10,；高頻變壓器T3原副邊匝比為15：45,。輸入電壓Vin為15V,，電流平均值約為5A；考慮占空比和的T3的勵磁電流,，輸入電流峰值約為9A,；電流互感器原副邊匝比選為1：75，可得副邊電流為0.12A,；選擇R10為20Ω,，可得CS端的最大電壓為2.4V，不能超過2.5V,。
4．實驗結(jié)果
圖4是在上述參數(shù)下的控制電路輸出波形,。
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圖4中上面三個波形依次為CT上的輸出波形、OUTA的輸出波形和OUTB的輸出波形,；下面三個波形是上面波形的局部放大圖,。OUTA、OUTB的開關(guān)頻率為100kHz,，CT的輸出頻率為200kHz的鋸齒波,，開關(guān)頻率是fOCS的二分之一。為了觀察穩(wěn)定的波形,，反饋回路處于開路,，等效為輸出一直處于欠壓狀態(tài)；可以看出PWM占空比接近100％,，死區(qū)時間約為120ns,，在設(shè)定范圍之內(nèi),。
5．結(jié)論
本文介紹了ZVS移相全橋DC／DC變換器控制芯片UCC3895，與此前同類芯片比較增加了自適應(yīng)死區(qū)時間控制,。設(shè)計了一臺15V／30V的DC／DC變換器的設(shè)計,，該方案采用了峰值電流控制模式，可在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)移相全橋零電壓開關(guān)(ZVS),。最大可實現(xiàn)1～2kW的功率變換,。實驗證實了UCC3895的控制功能。預(yù)計會有較大的應(yīng)用前景,。