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零电流控制总片-UC3867的解析

2005-06-08 16:07:25 来源:《国际电子变压器》2005年6月刊 点击:1080
  

1引言
目前使用零电流开关工作方式的电源很多,其中MC340066就是一个很不错的零电流控制芯片,但是最近传来MC340066停产的消息,为了寻求一个替代品,笔者选用了另外一种芯片UC3867,通过实践应用对芯片有了一定的认识。
2UC3867的特点及内部结构
UC3867的主要特点是:
1)编程VCO振荡器频率在10kHz-1MHz之间。
2)输出为一对可驱动功率MOSFET的反相图腾柱结构,输出峰值电流达1A。
3)具有ZERO端,使驱动脉宽受ZERO端输入信号脉宽的调制,目的是实现开关的零电流导通。
4)故障产生后,具有可编程延时再次启动功能。
5)芯片工作后可产生5V的电压基准,供内外电路使用。
6)根据欠压锁定门限的不同,芯片分为2种。门限为16V/10V,选UC3865;门限为8V/7V,则选UC3867。
图1为控制器的内部框图,大致可分成4个部分:误差放大及电压控制振荡器、ONE SHOT部分电路、欠压锁定与软启动部分电路和逻辑驱动电路,以下将逐一解析各部分电路的组成及功能。
3误差放大及电压控制振荡器
从图2可见,NI端、INV端和E/A OUT端同内部比较器构成一个误差放大器电路;电阻Range、Rmin和电容Cvco构成一个RC振荡器,而误差放大器E/A的输出端直接控制RC振荡器。当三极管截止时,电流Imin通过电阻Rmin向振荡器供电,产生最低振荡频率Fmin:

当三极管导通时,电流Irange通过电阻Range,电流Imin通过电阻Rmin,同时向振荡器供电,产生最高振荡频率Fmax:

4ONE SHOT部分电路
从图2看RC端、ZERO端电路部分,有3个比较器电路,一个比较器的门限为0.5V,另外两个比较器的门限分别为


外围电阻、电容RC的内部三极管构成一个RC振荡器,该振荡器受CLOCK信号控制,形成一个振荡器。当Clock为1时,三极管导通,电容放电,输出One Shot为低电平。
当Clock为0时,三极管截止,电容充电。当Zero端输入信号低于0.5V时(或接地),RC端充电超过Vth1的1.4V电平,SR触发器被触发置0,输出One Shot的脉宽由定时最小脉宽TPW(MIN)决定:

当Zero端输入信号高于0.5V时,需分三种情况:
a.当Zero端输入信号脉宽<定时最小脉宽TPW(MIN)时,只有当RC端充电超过Vth1的1.4V电平,SR触发器才被触发置0,输出One Shot的脉宽由定时最小脉宽TPW(MIN)决定。
b.当定时最小脉宽TPW(MIN)<Zero端输入信号脉宽<定时最大脉TPW(MAX)时,只有当Zero端输入信号由高至低于0.5V时,SR触发器才被触发置0,输出One Shot的脉宽由Zero端输入信号脉宽决定。
c.当Zero端输入信号脉宽>定时最大脉宽TPW(MAX)时,只有当RC端充电超过Vth2的3.2V电平,SR触发器才被触发置0,输出One Shot的脉宽由定时最大脉宽TPW(MAX)决定:

以上情况可见图3所示。
5欠压锁定与软启动部分电路
欠压锁定电路包括两部分:电源Vcc检测电路和5V基准发生器,见图4所示。
Soft-Ref端有三个功能:系统基准、再开启延时、软启动。Soft-Ref端需接一个至少0.1uF的旁路电容到地,当电源Vcc启动时,软启动电路动作,输出驱动频率从Fmin缓慢上升到Fmax软启动时间近似为:

该UC3867具有欠压锁定功能,其内部有两个门限:Vcc-on门限(8V)和Vcc-off(7V)门限,当Vcc电压高于Vcc-on门限,则UVLO信号置0,5V电压发生器工作,有驱动信号产生;当Vcc电压低于Vcc-off门限,则UVLO信号置1,5V电压发生器关闭,无驱动信号产生;同时锁定故障锁存器和延时锁存器,启动20UA Restart Delay电流源,给Soft-Ref端放电;若5V电压发生器有问题,输出电压低于4.9V,则UVLO信号置1,无驱动信号产生。
当Fault端的故障电平低于3V门限时,故障锁存器输出Q端置0,即Fault置0,有输出驱动信号产生;当Fault端的故障电平超过3V门限时,故障锁存器输出Q端置1,即Fault置1,关闭输出驱动信号;同时延时锁存器也被触发,其Q端置1,启动20uA Restart Delay电流源,给Soft-Ref端放电,直至Soft-Ref端电平低于0.2V,故障锁存器和延时锁存器被复位,故障锁存器输出Q端置0,Soft-Ref端放电停止,启动0.5uA Restart Delay电流源,给Soft-Ref端充电,直至Soft-Ref端电平达到系统基准电压4V;这样若Fault端仍有高于3V的高电平存在,Fault仍为1,无输出驱动信号,同时延时锁存器将再被触发,再启动20uA Restart Delay 电流源,再给Soft-Ref端放电,之后再充电,这种连续型故障的延时再启动时间Tresart:

对于单次故障而言,故障后延时再启动时间Tresart要长于连续型,因为放电是从4V开始而不是从5V开始,因此单次故障的延时再启动时间

若想减短故障延时再启动时间可在旁路电容两端并联1个≥20KΩ的电阻,即可将故障延时再启动时间限制在近似3倍的Tsoftstart。
见图5所示,将会对以上情况有更好的认识。
图6为UC3867逻辑驱动电路,从图6可见,输出驱动为一对反相的图腾柱结构,图腾柱结构的前级是One Shot信号和UVLO、Fault Latch信号构成的门电路。
当UVLO、Fault Latch信号都置0时,即无UVLO故障和Fault故障时,在Out A和Out B端产生1A峰值电流的驱动信号;当UVLO、Fault Latch信号有一个置1时,即有UVLO故障或者Fault故障时,在Out A和Out B端将无驱动信号产生。UC3867的输出驱动波形如图7:
7应用举例
见图8
8结论
本文介绍了电源用零电流控制芯片-UC3867的功能、特点及组成,对于UC3867的工作原理进行了解析,为该芯片能更广泛的应用提供了方便。

参考文献
[1]Unitrode Corporation“Resonant-Mode Power Supply Controllers”
[2]Larry Wofford “A New Family of Integrated Circuits Controls Resonant Mode Power Converters ” Unitrode Integrated Circuits Corporation Southeast Design Center.

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