数字电源控制器UCD3138的主要特性及应用电路

TI公司的UCD3138是高度集成的数字电源控制器，能数字控制三路单独的反馈回路，专有的基于PID硬件，2极点/ 2零点配置，非线性控制，高达16MHz误差模数转换器（E ADC），可配置分辨率到1mV / LSB，自动分辨率选择，高达8x过采样，14位有效DAC，主要用于电源和通信整流器，功率因速修正和隔离的DC / DC模块。 UCD3138主要特性，外形图和评估板UCD3138PFCEVM-026主要特性，电路图，材料清单和PCB元件布局图。

UCD3138是德州仪器（TI）的数字电源控制器，可在单芯片解决方案中提供卓越的集成度和性能。UCD3138的灵活性使其适用于多种电源转换应用。此外，设备内部的多个外围设备均经过专门优化，以增强交流/直流和隔离式直流/直流应用的性能，并减少IT和网络基础设施领域的解决方案组件数量。

UCD3138是一种完全可编程的解决方案，可为客户提供对其应用程序的完全控制，以及使他们的解决方案与众不同的能力。同时，TI致力于通过提供一流的开发工具（包括应用程序固件Code Composer Studio）来简化客户的开发工作。软件开发环境以及TI的Fusion Power Development GUI，使客户能够配置和监视关键系统参数。

UCD3138控制器的核心是数字控制环路外设，也称为Fusion Digital Power Peripherals（FDPP）。每个FDPP都实现了一个高速数字控制环路，该环路包括一个专用的误差模数转换器（EADC），一个基于PID的2极– 2零数字补偿器和D PWM输出具有250 ps的脉冲宽度分辨率。该器件还包含一个12位，265ksps通用ADC，具有多达14个通道，定时器，中断控制，JTAG调试以及PMBus和UART通信端口。该设备基于32位ARM 7TDMI-S RISC微控制器，该微控制器执行

实时监视，配置外设并管理通信。ARM微控制器从可编程闪存以及片内RAM和ROM中执行其程序。

除FDPP外，还添加了特定的电源管理外设，以实现整个工作范围内的高效率，高集成度，以提高功率密度，可靠性，最低的整体系统成本和高度的灵活性，并支持最广泛的控制方案和解决方案。拓扑。这些外设包括：轻载突发模式，同步整流，LLC和移相全桥模式切换，输入电压前馈，铜迹线电流感测，理想二极管仿真，恒流恒功率控制，同步整流软开和关，峰值电流模式控制，磁通平衡，次级侧输入电压感测，高分辨率电流共享，带预偏置的硬件可配置软启动以及其他多项功能。

UCD3138主要特性：

3个独立的反馈的数字控制环的

专用的基于硬件的PID

2极/ 2-零配置

非线性控制

最多至16MHz错误模数转换器（EADC）

配置的分辨率小为1mV / LSB

自动分辨率选择

多达8倍

基于硬件的平均过采样（最多8倍）

14位有效DAC

多达8个高分辨率数字脉宽调制（DPWM）输出

250ps脉宽分辨率

4ns频率分辨率

4ns相分辨率

可调输出之间的相移

可调死区之间对

高达2MHz的开关频率可

配置PWM边沿运动

跟踪调制

前导调制

双边沿调制可

配置反馈控制

电压模式

平均电流模式

峰值电流模式控制

恒定电流

恒定功率可

配置的调制方法

频率调制

相移调制

脉宽调制

快速，自动和平滑模式切换

频率调制和PWM

相移调制和PWM

高效和轻负载管理

突发模式

理想二极管仿真

同步整流器软开关

低IC待机功率

带/不带预偏置的软启动/停止

快速输入电压前馈硬件

初级侧电压感应

铜迹线电流感应

通量和相电流平衡，用于非峰值电流

模式控制应用

电流共享总线支持

模拟平均

主/从

功能丰富的故障保护选项

7个高速模拟比较

器逐周 期限流

可编程故障计数

外部故障输入

4-10个数字比较器

可编程消隐时间

多个UCD313x器件之间的DPWM波形同步

具有集成的

可编程平均滤波器的14通道，12位，265 ksps通用ADC

双采样和保持

内部温度传感器

完全可编程的高性能31.25MHz，32位ARM7TDMI-S处理器

32 kByte（kB）程序闪存

2 kB数据闪存ECC

4 kB数据RAM

4 kB引导ROM通过

I2C或UART

通信外设

I2C / PMBus在现场启用固件引导加载

2个UART

JTAG调试端口

通过可选输入引脚捕获定时器

多达5个

内置看门狗的其他通用定时器：BOD和POR

64引脚QFN和40引脚QFN封装

工作温度：–40°C至125°C

Fusion Digital Power GUI支持

UCD3138应用：

电源和电信整流器

功率因数校正

隔离式dc-dc模块

图1.UCD3138尺寸图评估板UCD3138PFCEVM

-026

该EVM有助于评估离线电源转换器应用中的UCD3138 64针数字控制设备，然后辅助其设计。EVM是单相交流输入的独立功率因数校正（PFC）预调节器。EVM UCD3138PFCEVM-026和其控制卡UCD3138CC64EVM-030一起使用，该控制卡也是放置了UCD3138RGC的EVM。

UCD3138PFCEVM-026的EVM与UCD3138CC64EVM-030一起使用时，无需进行任何额外的工作（硬件或固件）即可评估PFC。UCD3138PFCEVM-026和UCD3138CC64EVM-030还可通过称为Texas Instruments Fusion Digital Power Designer的GUI操作重新调整其设计参数，或根据用户的定义和开发重新加载自定义固件。

EVM系统在硬件和固件上均处于单相升压转换器的拓扑结构中，但可以重新配置为其他两种PFC拓扑结构：双相交错和无桥，然后可以通过重新加载来进行相应的操作该相关的固件。两种附加拓扑的硬件和固件的所有必要性已经开发并随发货一起提供。请与德州仪器（TI）联系以获得如何进行重新配置的说明。

在交付的软件包中，包括三个EVM：UCD3138PFCEVM-026，UCD3138CC64EVM-030和USB -TO-GPIO。在同一包装中，还随附了《评估模块电气安全指南》的纸质版。

本用户指南从升压配置的独立PFC中的系统操作角度提供了基本评估指导。

UCD3138PFCEVM-026与UCD3138CC64EVM-030一起使用，是在升压转换器拓扑结构和单相交流输入应用中使用UCD3138器件进行数字控制的PFC预调节器的EVM。

UCD3138器件位于UCD3138CC64EVM-030的板上。UCD3138CC64EVM-030是子卡，具有预加载的单相升压PFC固件，可满足所有PFC所需的控制功能。UCD3138PFCEVM-026接受从90 VAC到264 VAC的通用AC线路输入，并以满载输出功率360 W或满载电流0.92 A输出标称390 VDC。

图2.评估板UCD3138PFCEVM-026尺寸图（UCD3138PFCEVM-030插在其上）

评估板UCD3138PFCEVM-026的主要特性：

•数控PFC预调节器

•通用交流电源输入，交流电源频率为90 VAC至264 VAC，47 Hz到63 Hz

•调节输出390 VDC，输出从空载到满载

•满载功率360 W或满载电流0.92 A

•在大多数操作中，高功率因数接近0.999，THD低于5％条件

•高效

•保护：

–过压

–过电流

–掉电

–上电涌入电流

•便于设备和拓扑评估的测试点

•可重新配置为双相交错式PFC或无桥PFC（请联系TI以获取详细信息）

评估板UCD3138PFCEVM-026应用：

•单相通用交流线路的功率因数校正预调节器

•服务器

•电信系统

评估板UCD3138PFCEVM-026电性能指标：

图3.评估板UCD3138PFCEVM-026电路图（1）

图4.评估板UCD3138PFCEVM-026电路图（2）

评估板UCD3138PFCEVM-026材料清单：

图5.评估板UCD3138PFCEVM-026一些PCB

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