第一代有源鉗位拓撲解決方案及原理

在有源箝位專利技朮到期之后，德州儀器公司又推出了新一代有源箝位控制器UCC2891～94，以全新的高壓起動技朮，對應高邊箝位，低邊箝位給出四款控制器。下面我分析其特色及給出設計程序。它適于有源箝位的正激或反激變換器。是一款峰值電流型，固定頻率，高性能的脈寬調制器。包含有對主功率及箝位MOSFET的驅動，易于調整主輔輸出的延遲，其中UCC2891/93內含110V高壓起動源，對通訊系統(tǒng)可以直接輸入的電源起動，其它特點還有內部可調的斜波補償，精密占空比限制，單電阻設置頻率或外同步，精密的線路UVLO，大幅度減少外部元件。下面詳細敘述。
UCC2891～94內部功能方框圖如圖1。
?圖1? UCC2891-94 內部功能方框電路
16 PIN端子功能如下：
1 PIN.RDEL
此端內部連接到一個大約2.5V的直流源。用電阻RDEL接到GND（端6），為UCC2891控制器設置兩個開關的柵驅動信號的延遲。對OUT（PIN13）關斷AUX(PIN14)開通，或AUX(PIN14)關斷，OUT(PIN13)開通的轉換時間都相等。延遲時間被定義如下：
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延遲時間的正確的選擇可參考有源位功率轉換器的設計。
2 PIN RTON
此端內部連接到一個大約2.5V直流源。將電阻RON連接到GND(PIN6)，設置內部定時電容的充電電流。RTON端連同RTOFF端(PIN3)被用來設置工作頻率和UCC2891系列的最大工作占空比。
3 PIN RTOFF
此端內部連接到一個大約2.5V的直流源。將電阻ROFF連接到GND，設置內部定時電容的放電電流。RTON和RTOFF端用來設置開關周期TSW和最大工作占空比DMAX，它們可用下面的公式計算：
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4 PIN VREF
控制器的內部5V的偏置源接到此端。此內部偏置調整器需要一個高質量的陶瓷旁路電容CVREF與GND相連接，這樣可以濾去噪聲并且為調整器電路提供補償。建議CVREF值為0.22μF。旁路電容的最小值為0.22μf，它受調整器的穩(wěn)定性的限制，最大旁路電容值可達到大約22μf。
VREF在內部限流并可以提供大約5mA的電流供給外部電路。當發(fā)生欠壓鎖定（UVLO）時，使UCC2891X控制器工作時只有基準可用，關于欠壓鎖定電路的功能的詳細描述參考功能描述部分。
5 PIN SYNC
此端為外時鐘信號輸入端，此時鐘信號可用來將控制器UCC2891系列的內部振蕩器同步。同步頻率必須要比片上振蕩器的自由運行頻率高，TSYNC＜TSW。同步信號可以接受的最小脈寬為50ns（正極），并且它必須要比（1-DMAX）* TSYNC短，在這里DMAX由RON和ROFF決定。如果同步信號的脈寬保持在這些限制之內，最大的工作占空比仍象RON和ROFF的比率一樣有效。在自由振蕩和外同步模式工作時，DMAX相同。如果同步信號的脈寬超過（1-DMAX）*TSYNC，最大工作占空比將由同步脈管寬來決定。
6 PIN GND
此端為UCC2891內部所有小信號控制電路提供一個參照電平。
7 PIN CS
此端直接輸入到PWM和控制器UCC2891系列的電流限制比較器。CS端從來都不可以直接連接到功率轉換器的電流采樣電阻RCS上。在電流采樣電阻和CS端之間加入一個小型通用的RC濾波器，這對于調節(jié)片上斜率補償電路的正常工作和保護連接到CS端的放晶體管都是必需的。
斜率補償通過一個流出CS端線性增長的電流經RF來實現(xiàn)。斜率補償電流只出現(xiàn)在轉換器的主功率開關柵驅動信號的導通期間。CS端的內部下拉晶體管在定時電容放電期間被激活。間隔時間是（1-DMAX）* TSW 并表示主功率開關確保關斷的時間。
8 PIN RSLOPE
此端與GND之間的電阻RSLOPE設置斜率補償電流的幅度。在主功率柵驅動導能期間，RSLOPE上的電壓代表內部定時電容的波形。隨著定時電容開始充電，RSLOPE兩端的電壓也增大，引起電流波形的線性增長。為了斜率補償而供給CS端的電流與流過RSLOPE的電流是成正比。
由于在RSLOPE端的高速交流電壓波形，接到RSLOPE端的外部電路元件的寄生電容和電感應當適當?shù)販p小。
9 PIN FB
此端是UCC2891系列脈寬調制電壓的輸入端。一個外部誤差放大器提供，它比較轉換器的輸出電壓和基準電壓，并且用一個電壓調節(jié)回路來補償。通常，誤差放大器放在隔離功率轉換器的次級處，并且輸出電壓通過一個光耦經隔離邊界送過來。因此FB端通常由一個光耦來驅動。連接到VREF端一個外部上拉電阻作為反饋電路的一部分也要正常工作。