有源箝位PWM控制器UCC3580的原理及应用

1 概述

由于有源箝位技术可使单端变换器开关管的电压应力降低，并允许开关占空比大于50％，同时可使变压器的工作磁通范围增大，从而有效地减小开关损耗。因此，这种技术在DC／DC变换器中得到了广泛的应用。Unitrode公司的PWM UCC3580是为多种有源箝位或同步整流开关变换电路拓扑而设计的。它包含定频控制的所有必要功能及高性能的脉宽调制，可提供一个辅助开关驱动输出以及可调的死区时间，以便与主开关驱动输出形成互补。同时它还提供了多种保护功能并且对变压器伏秒积以及最大占空比进，行了限制。

2 工作原理及引脚功能

图1是UCC3580的内部结构框图，它由振荡器、误差放大器、输出逻辑电路、保护逻辑电路和软启动电路等组成。


3 应用电路

图2所示是一个利用UCC3580-4设计的有源箝位单端正激变换电路。电路中的振荡输入、电压前馈及伏-秒积限制分别由引脚OSCl、OSC2、CLK、RAMP来完成。将OSCl和OSC2 通过R1、R2与CT相连，可设置工作频率和最大占空比，CT交替地通过R1来充电，并通过R2放电，充、放电电压在1-3.5V之间变化。充电时间TCH为R1CT，放电时间tds为1.25R2CT。


在CT放电期间，CLK为高电平，由于它清除了OUTl输出，从而限制了最大占空比，而充电时间TCH实际上就是MOS管的最大导通时间。
输入电压Vin通过R4和CR产生的斜波电压接到RAMP后，输入到内部PWM比较器以作为比较电压，从而引入了Vin的前馈作用。在OUTl为高电平期间，CR被充电，当RAMP超过3.3V时，OUTl被清零，从而限制了初级绕阻的最大伏-秒积，防止了变压器的饱和。其最大伏-秒积值为3.3R4CR，如不需要前馈和伏-秒积限制，可将R4接至REF而不是Vin。

通过OUTl、OUT2、DELAY和SS引脚可实现输出控制逻辑和软启动功能。图3是其输出信号时序图。通常在CLK下降沿，辅助开关驱动OUT2变为无效，而在经DELAYl延时后，主开关驱动OUTl有效。当OUTl无效后，延时DELAY2、OUT2变为有效。UCC3580-3、-4与UCC3580-1、-2的OUT2是反相的，因而可用于不同的电路。


两个延时DELAYl和DELAY2可根据DELAY引脚的对地电阻R3来决定，其中DELAYl的值等于1.1pF电容与R3电阻值乘积。而DELAY2则由芯片内部设定的比值DELAYl／DELAY2来决定。

系统启动是靠SS引脚上的对地电容Css来实现的。在启动条件STARTUP满足后，芯片内部一个10μA的电流开始对Css充电，以使误差比较器输出EAOUT随SS引脚电压缓慢上升，从而使OUTl的占空比缓慢增加以实现软启动。

主开关驱动信号OUT1受脉宽调制(PWM)控制，而辅助驱动信号OUT2则在OUT1无效期间开通。在两个死区时间DELAYl和DELAY2里，OUT1和OUT2都无效。另外，如 果启动条件不满足(STARTUP)或PWM输出零占空比，OUTl和OUT2也都为无效。而在故障状态时，OUT1无效，OUT2为最大占空比，其无效时间等于两个死区时间之和(DELAYl+DELAY2)。

UCC3580的启动及保护可由VDD、REF、LINE、SHTDWN引脚来完成。

UCC3580的启动应同时满足四个条件，即VDD、RFE、LINE、SHTEWN同时开启有效。分述如下：

VDD开启有效电平对于UCC3580-2和UCC3580-4为15V， 而对于UCC3580-1和 UCC3580-3则为9V，其关断有效电平是8.5V，即UCC3580-X开启后，如使VDD低于关断有效电平，则可使其关机。

REF是5V的精密参考输出电压。VDD有效后，REF变为有效(5V)。

将输入电压VIN经分压后接到LINE引脚可用来监视输入电压是否正常。其开启有效电平为5V，关断有效电平为4.5V。通过LINE可在输入电压太低时自动关闭输出(OUTl)以免系统过电流工作。

SHTDWM引脚可用于故障保护，其门限电压为0.5V，SHTDWM脚电压小于0.5V为正常(有效)，大于0.5V时，则为故障。另外，也可用STHDWM监视主开关管电流，一旦其电流超过允许值，电路将便立即停止输出。

误差放大器同相输入端在内部接2.5V，EAIN为其反相输入端，EAOUT为输出端，它在内部接PWM比较器的反相输入端。EAIN与EAOUT之间接补偿网络。

信号地GND引脚是UCC3580中所有信号的参考点。PGND与GND在电路中应当用一点连接的方法连在一起。

在图2所示电路中，OUTl以PWM方式驱动主开关Q1，OUT2则通过脉冲变压器驱动辅助管Q2。同时通过R5和R6的分压将VIN引人LINE以监视输入电压，R4和CR用于引入电压前馈，SHTDWM用来监视主开关管Q1的电流，输出电压则经过TL431和光耦反馈至EAIN。