微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 硬件设计 > 电源设计 > UCC2870 启动性能分析

UCC2870 启动性能分析

时间:12-06 来源:互联网 点击:

UCC28700 是一款恒压、恒流反激式控制器,无需使用光耦合器便可实现一次侧稳压。图 1 是 UCC28700 的应用电路。

图 1:UCC28700 应用电路

在图 1 中:

lRSTR是高电压启动电阻;

lCDD是 VDD引脚上的蓄能电容器;

lRS1是高侧反馈电阻;

lRS2是低侧反馈电阻;

lRCBC可编程线缆补偿电阻;

lRCS是初级峰值电流编程电阻;

lRLC是 MOSFET 关断延迟的补偿编程电阻。

初级峰值电流是 UCC28700 在恒流满负载条件下启动的一个重要因素。接下来将我们将进行详细分析。

2.分析

图 2 是 UCC28700 的二次侧电路,IS=IC+IL。如果在启动开始时 UCC28700 器件的负载是电阻,则 VO会从零上升,而且 IL已经足够低了,无需高 Is。但如果该器件的负载是恒流,而且负载电流较大,就需要高 IS来使 IC保持为正,以缩短输出电压从 0 上升到 VOCC所需的时间。VOCC是最低目标转换器输出电压,它会让辅助匝电压等于 VDD引脚上的 UVLO 关断电压。

图 2:UCC28700 二次侧电路

对于 CDD、CO和变压器而言,可提供下列等式。等式 4 中提供了 1mA 的电流裕度。

注:NP是变压器的一次匝数,NS是二次匝数,NA是辅助匝数。

其中:

lVDD(off)是 UVLO 关断电压。

lVDD(on)是 UVLO 开启电压。

lIrun是 UCC28700 工作时 VDD引脚上的电源电流。

lVDD是 CDD电压。

lΔVDD是 CDD上降低的电压。

lta是输出电压从 0 上升到 VOCC时所用的时间。

根据上述等式,如果 IS值为低,IC就将为小,因此输出电压上升到 VOCC所需的时间 ta就会较长。但在这段时间里,VDD可能会下降至 VDD(off)以下,而且 UCC28700 器件可能会进入 UVLO 状态,停止开关。随后通过 RSTR的电流可为 CDD充电。在 VDD比 VDD(on)高时,该器件会重新启动。尽管故障启动会继续,但 UCC28700 器件无法进入正常状态。

在等式 4 中,如果 CDD足够大,ΔVDD对于特定 ta而言将为小。因此,大容量 CDD值和高初级峰值电流会让 UCC28700 顺利启动。但是,大容量 CDD值意味着较高价格和较大尺寸,而且高初级峰值电流会增大功耗及变压器尺寸。因此选择 CDD和初级峰值电流需要进行权衡。

在正常工作中,VDD由辅助绕组电压决定。如果 VO达到其最大值,VDD也会达到其最大值。该关系如等式 6 所示。

从等式 2、3 和 6 可以看出,如果 NA增大,ta就会减少,这将有利于 UCC28700 的启动。因此 NA也应该选择较大值,同时还必须为 VDD提供电压裕度。

3.设计

除 CDD和 RCS之外,所有器件值都与 UCC28700EVM-068 5-W USB适配器[1]原理图一样。图 3 摘自 UCC28700 产品说明书[2]。IS可使用等式 7 计算,这里 ηXFMR是估计的变压器效率。

变压器效率受铁芯及绕组损耗、漏感比以及偏置功率与额定输出功率之比的影响。以一个 5V、1A 的充电器为例,1.5% 的偏置功率是良好的估算值[1]。90% 的整体变压器效率是约略估计,其中包括 3.5% 的漏感、5% 的铁芯损耗及绕组损耗以及 1.5% 的偏置功率[1]

最大初级峰值电流 IPP出现在启动开始的时候,随即 UCC28700 器件会进入恒流调节状态,保持 0.425 的恒定二次二极管导通占空比。

该变压器是 EVM 上的WE 750312723,NP/NS = 15.33、NP/NA = 3.83,饱和电流为440mA。

图 3:变压器电流

在启动开始时,输出电容器的平均充电电流为正值,充电电流等于 (IS-IL),如等式 1 所示。在 VO上升至 VOCC之前,辅助匝电压低于 VDD,此时 CDD无法通过辅助匝充电。但在此期间,CDD会被 Irun极驱动电流放电。如果 VDD低于 VDD(off),UCC28700 器件就会关断。为确保器件顺利启动,在 ta内 VDD必须大于 VDD(off)。在等式 8 和等式 9 中,应用了一个临界条件。Tstart是 VO从 0 上升至 VOCC的时间。等式 2 是 VOCC和 VDD(off)的关系。在等式 8 中,有 1mA 的估计栅极驱动电流,而且为 VDD添加了 1V 的裕度。VCST是芯片选择阈值电压。在启动开始时,UCC28700 VS引脚上的电压为低,因此 VCST保持其最大值。

如表 1 所示,UCC28700 器件有更好的恒流 (CC) 调整性能,更高的最大工作频率,其可最大限度缩小解决方案尺寸。待机功耗不足 30mW,符合五星评级要求。更高的最大 VDD,可缩小 VDD电容器值。在表 1 中突出显示的三种产品中,UCC28700 器件是设计 5V 适配器的最佳选择。UCC28700 器件可选择更高的 NA/NS,因为根据等式 2,它具有更高的最大 VDD,可实现更短的 tstart(见等式 9)。在等式 8 中,tstart与 CDD成正比,因此在设计中需要较小的 CDD

表 1:参数比较表

产品型号

UCC28700

OB2520M

iW1680

CV(恒压)

5%

5%

0

CC(恒流)

5%

6%

0

最大工作效率

130 kHz

100 kHz

72kHz

待机功耗

<30 mW

<200 mW

<30mW

最大 VDD

38V

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top