UCC3895控制器的保护功能及其改进

　　引言

UCC3895是Unitrode公司生产的一款用于移相全桥开关电源PWM-ZVS控制的新型控制器件，它是UC3875(79)的改进型。尽管UCC3895性能优越，具有限流、过流保护、电源欠压保护、基准欠压保护、软启动/软停止等功能,但是，在某些情况下其功能尚不够完善，仍不能满足实际应用需要，本文对UCC3895的保护功能进行了详尽的分析，并针对其在两种情况下的不足对UCC3895控制器的应用进行了改进设计。

　　UCC3895的保护功能分析

UCC3895内部保护局部电路如图1所示。

图中，EA为误差放大器，CSC为限流比较器，OCC为过流比较器，DISC为禁止比较器，UVLOC、REFC分别为电源欠压滞回比较器和参考电压比较器。外部引脚CS端、SS端分别接电流传感器输出和软启动电容。通过巧妙紧凑的设计，UCC3895使得保护功能和软启动功能融为一体，具有限流、过流保护、电源欠压保护、基准欠压保护、软启动/软停止等功能。

限流、过流保护功能分析
　　
　　根据对图1电路的逻辑分析，当VCS<2V时，保护电路不动作，控制器正常工作。当2V

当VCS>2.5V时，OCC输出高电平，该高电平一方面通过或门U2经port3迅速使芯片封锁，从而使主电路停止工作，另一方面使RS触发器U1置1，从而使芯片维持封锁状态，以避免系统出现封锁-短路-封锁-短路的振荡状态而损坏。由于芯片封锁、主电路停止工作，短路现象被终止，因此，母线电流及其检测信号迅速下降到零。RS触发器U1置1后，其输出使软启动电容的1倍参考充电电流关断，而使10倍参考放电电流开通，因此，VSS线性下降。当VSS下降到低于0.5V后，通过DISC、U3使芯片封锁/解锁逻辑信号A置1，A置1一方面使RS触发器U1复位，电容由放电转为充电，VSS上升，另一方面使芯片仍然维持封锁状态。当VSS上升到高于0.5V后，芯片封锁状态被解除，系统可恢复正常工作。此后，如果短路故障仍未排除，类似的短路-保护过程将重复出现，所不同的是由于短路时VSS很小，故封锁状态维持时间也很短。用Pspice9.1仿真结果如图2所示，从图2中可以看出，短路故障存在的100us内，短路-保护过程共发生了4次。

　　欠压保护功能

图1中，当电源电压VDD低于9V或参考电压VREF低于4V时，比较器UVLOC或REFC输出低电平，一方面通过与非门U3，或门U2给出封锁信号。使主电路立即停止工作，另一方面，通过与非门U4使内部MOS管M1开通，VSS迅速降到接近零，VSS的低电平又通过U3使A维持为高电平，以避免在电源电压在10V附近或参考电压在4V附近频繁波动时出现主电路频繁开启关闭而造成的不稳定和可能损坏的情况。如果电源电压一直低于11V，或VREF一直低于4V，则A处将一直维持低电平，芯片始终被封锁，主电路将一直停止工作。若在某时刻电源电压升高到11V以上或VREF升高到4V以上时， M1被关断，软启动电容又开始由内部1倍参考电流源充电，系统又开始重新慢启动和软启动(UCC3895数据手册称这种能自恢复软启动的停止为“软停止”)。电源欠压保护的Pspice仿真结果如图3所示。

图中，从上到下分别为封锁信号port3端逻辑电平、模拟的电源电压(在大约900us~1100us之间欠电压)、SS/DISB端电压、开关电源主电路输出电流和主变压器原边电压波形。

　　UCC3895的保护功能改进

　　针对在反复短路情况下系统不能被挂起的改进

由2.1的分析可知，对于电源系统偶然出现的瞬间短路故障(持续时间不大于软启动电容的放电时间)，UCC3895能很好地进行保护，并重新软启动，因此，控制器具有自恢复功能。但是，若主电路存在不能自消除的长时间过流或短路故障时，系统将处于频繁的短路-保护-短路-保护状态，容易导致电源系统损坏。针对这种情况，对UCC3895的保护功能改进如图4所示。

图中，U1和U2两片74HC161分别接成四进制和十二进制计数器，其中，U2的时钟信号来自UCC3895的SYNC端。其工作原理是，系统上电之初，D触发器U3通过R3、C1、G4、G5构成的复位电路被清零，D2截止，系统正常工作。计数器U2对UCC3895时钟信号SYNC进行十二分频，以十二倍的时钟周期对四进制计数器U1清零。当电流传感器输出电压大于2.5V时，比较器COMP1输出正脉冲，计数器U1计数。若在任一个清零周期内，电源过流次数小于3次，则U1的进位信号C和U3输出Q始终保持低电平，本部分电路仍不起作用。若在一个清零周期内，电源过流次数达到3次，则U1的进位信号C输出高电平， C的上升沿将导致U3输出Q被置1，且始终保持下去，从而UCC3895CS端始终为高电平，系统被挂起以等待检修，这样就避免了系统因频繁重复短路保护而损坏，时序逻辑波形如图5所示。

作为特例