使用 UCD3138 器件实现转换模式控制

不久前，我被要求检查使用 TI UCD3138控制器生成在转换模式下运行所需的闭环控制波形的可行性。这些数字控制器非常灵活，并配备了很多花里胡哨的功能。我很好奇我能想出什么。

过渡模式波形看起来不像典型的脉宽调制 (PWM) 波形，因为占空比和开关周期都在变化。它们也不像UCD3138支持的 LLC 或相移波形。因此，PWM 输出调制的标准模式都不会产生我们需要的东西。

过渡模式控制的独特之处在于，您应该根据前一个开关周期中发生的情况按时启动下一个开关周期——而不是早晚。下一个脉冲开启的这种开启时间切换提供了以下两个优点之一：

· 谷切换。仅当电流穿过零线时关闭场效应晶体管 (FET)，并在经过测量和固定延迟后开始下一个开关周期。那时的电压应该很低，避免大的开关损耗。

· 零电压开关 (ZVS)。在电流穿过零线后立即关闭 FET。电流会略为负;这样，经过一定的控制时间延迟后，电压将衰减为零。您可以再次打开 FET 并开始新的开关周期。但延迟时间是V in和V out的函数，因此需要定期调整。

从表面上看，这两个想法似乎都可以通过像UCD3138这样的数字控制器轻松实现。它有几个具有可调参考电压的模拟比较器，可以指示何时终止驱动 FET 的脉冲。

作为微控制器和基于固件的设备，固件可以调整对模拟比较器的参考，并根据模数转换器 (ADC) 对输入和输出电压和电流的测量来调节延迟。

但是，当模拟比较器切换时，我们如何终止脉冲并开始新的周期呢?脉冲的终止类似于脉冲截断的逐周期 (CBC) 或峰值电流模式 (PCM) 电流限制。我们应该使用UCD3138中已经存在的 CBC 机制吗?我们如何结束开关周期并开始一个新的脉冲?同步输入信号可以做到这一点，但它也可以截断脉冲吗?毕竟，如果在数字 PWM 输出为高电平时发生同步事件，则会导致脉冲扩展;脉冲将保持高电平，直到下一个开关周期。我们应该将模拟比较器连接到 CBC 和同步信号吗?

这里有一个技巧可以消除对 CBC 的需求：在切换周期开始时将 Event4 (EV4) 配置为零或非常小的数字。这样，同步信号终止开关周期并复位数字 PWM 计数器。EV4 在此复位后立即接合;因此脉冲也被截断。这就像一块石头打死两只鸟。

现在我们需要一个延迟，让负电流衰减和电压变为零，然后在这个时候准确地打开初级 FET，以实现 ZVS。该周期结束与开启 FET 的时间之间的时间间隔可以通过计算 Event1 (EV1) 的位置来实现。

根据计算，周期结束/新脉冲开始 (Tr) 与负电流检测阈值 (IN) 之间的延迟时间可通过以下公式计算：

当 Vin ≤ Vo/2 时，不需要负电流。

其中 IN = 0 和 ω = 245 nS。

当 Vin > Vo/2 时，需要负电流 IN 以使 Vds 的值在谷点处达到零伏。

我使用电子表格生成了一个查找表，我稍后将其作为固件的一部分输入，以相应地调整 Tr 和 IN 的值。

上述查找表是使用UCD3138实现转换模式控制的一种简化方式。如果您使用外部比较器进行电流交叉检测，则一切就绪。但是 UCD3138 恰好有几个内部模拟比较器。我们如何将这些比较器之一用于此应用程序?

问题是UCD3138系列控制器的大多数成员不提供外部模拟比较器输出。所以模拟比较器输出不能直接连接到 SYNC 引脚。我能够想出一个解决方法来克服这个问题，但我会从这里的细节中拯救你。

缩小以查看更大的图景，我们实际上已经实现了许多系统或设计团队在定义和设计UCD3138时未预想的拓扑和配置。

然而，这种数字控制器的灵活性使我们能够在太阳能微型逆变器、双向汽车 DC/DC、图腾柱功率因数校正 (PFC) 等应用中使用它。