UCD3138 控制方案

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大家好 我是德州仪器的系统工程师 David 今天非常高兴和大家继续分享 TI 双向 DC-DC 变换器拓扑的设计和对比 今天主要讲解 双向 DC-DC 变换器控制部分 这两种拓扑都是基于 UCD3138控制 UCD3138 是一个多功能的数字控制芯片 它由三个硬件数字环路 和一个基于 ARM7 的控制器组成 这三个数字环路可以独立运行 也可以串联运行 三个环路都带有 14 位的 DAC 参考 带有多参数设定的 极点零点 PID 滤波器 UCD3138 有三种控制模式 脉宽模式 移相模式 以及谐振模式 对于拓扑可以实现 恒压恒流和恒功率的控制 输入电压的前馈和检测 内部带有斜坡补偿的峰值电流控制 逐周波限流功能 八倍过采样或者平均的 EADC 带有硬件滤波以及 双重采样保持功能的 12 位 ADC 可以编辑自动 PWM-LLC PWM 移相的开关模式 轻载运行时采用 Burst 模式 内部集成了铜线的电流检测 集成了每相的电流检测 具有八个精度达到 250ps 的 DPWM 32 位 32 兆的 ARM7 多通道 12 位 速度高达 256 ksps 的通用 ADC 片上集成了欠压关机和复位的功能 供电采用 3.3V 片上集成了电源参考和振荡器 有两个 UART 口和可编程PMBus 接口 最大开关频率可以达到两兆 频率的分辨率可以达到 4ns 外部中断以及失效的输入输出 芯片的工作温度 范围覆盖标准的 -40 度到 125 度范围 封装采用 64 pin 或者 40 pin 的 QFN 节省芯片功耗的功能等等 以上罗列的 UCD3138 的这些特性 适合应用于汽车 以及服务器双向 DC-DC 变换器 下面介绍这两种拓扑控制信号部分 有三个控制环路 电流环 12V 电压环 48V电压环 其中电流环是 4 项电流的和 当电压达到设定点之前 变换器工作在恒流模式 采样每一相电流用于均流 电流的运行通过数字通信 或者 ADC 的输入 对于软开关模式的运行还需要额外的控制 主要有三点 第一 轴向负电流的检测 第二 PWM0 编辑负电流的门槛值 比较器的输出接到 sink 脚 第三 sink 脚的信号用于变频控制 这一页主要介绍多相交错时 电流纹波和选择相位的关系 左边这张图可以看到当两相交错时 电感电流纹波的加和减小了接近一半 右边这张图列出了选择相位 电感电流纹波加和的关系 占空比直接决定了相位数的选择 我们这个设计的输入输出是 48V 和 12V 所以从图中可以看到 选择 4 的倍数时电感电流纹波的加和最小 考虑到功率以及成本 这个设计选用四相交错并联 下面这张图介绍了具体的 UCD3138 硬件电路之间的分配 三个环路包括四相电流的加和 以及 12V 48V 送到 EADC 4 对 DPWM口用于控制四相主电路 八个开关管 ADC 采样的信号包括 48V 和 12V 电压 每一相的电流 pcb板的温度 MOSFET 的温度 sink 的信号做电平的控制 以及使能引脚和方向引脚选择 IO 输出的 Switch 开关 作为 12V 电池的防反接功能 PWM0 1 用作负电流的检测门槛值的设定 最后即为错误保护的信号 以上内容即为 UCD3138控制部分 谢谢大家
课程介绍 共计5课时,25分33秒

双向 DC-DC 变换器拓扑的对比与设计

汽车 数据中心 变换器 服务器 拓扑 DCDC 双向 UCD3138

本课程讲述了双向DC-DC变换器的应用概述和拓扑结构,重点描述了汽车服务器和数据中心类的应用。对四相交错固定频率双向转换器和四相交错ZVS双向转换器的拓扑结构进行了对比,讲述了基于UCD3138的控制方案及其实现。并对测试数据的开关波形和效率进行了比较。
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讲师

讲师: 冀玉丕

德州仪器电源设计解决方案团队的系统工程师。于2012年毕业于华南理工大学,并加入TI参与电源设计解决方案的系统工作。

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