UCD3138 高度集成的数字控制器，用于隔离电源，具有 3 个反馈环路和 8 个 DPWM 输出技术资料

UCD3138 是一款数字电源控制器，在单芯片解决方案中提供卓越的集成度和性能。UCD3138 的柔韧性使其适用于各种功率转换应用。此外，该器件内部的多个外设经过专门优化，可增强 AC-DC 和隔离式 DC-DC 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控制器是一种完全可编程的解决方案，使客户能够完全控制其应用，并具有充分的能力来区分他们的解决方案。同时，TI 致力于通过提供一流的开发工具来简化客户的开发工作，这些工具包括应用固件、Code Composer Studio™ 软件开发环境以及 TI 的电源开发 GUI，使客户能够配置和监控关键系统参数。
*附件：UCD3138 用于隔离电源的高度集成数字控制器 数据表.pdf

UCD3138控制器的核心是数字控制回路外设，也称为数字电源外设 （DPP）。每个 DPP 都实现了一个高速数字控制回路，该回路由一个专用的误差模数转换器 （EADC）、一个基于 PID 的 2 极点/2 零点数字补偿器和具有 250 ps 脉宽分辨率的 DPWM 输出组成。该器件还包含一个 12 位、267ksps 通用 ADC，具有多达 15 个通道、定时器、中断控制、PMBus 和 UART 通信端口。该器件基于 32 位 ARM7TDMI-S RISC 微控制器，可执行实时监控、配置外设和管理通信。ARM 微控制器从可编程闪存以及片上 RAM 和 ROM 中执行其程序。

除了 FDPP 之外，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、可靠性和最低的整体系统成本，以及支持最广泛的控制方案和拓扑的高灵活性。此类外设包括：轻负载突发模式、同步整流、LLC 和相移全桥模式切换、输入电压前馈、铜迹线电流感应、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、磁通量平衡、次级侧输入电压感应、高分辨率均流、带预偏置的硬件可配置软启动、 以及其他几个功能。拓扑支持已针对电压模式和峰值电流模式控制的相移全桥、单相和双相 PFC、无桥 PFC、硬开关全桥和半桥以及 LLC 半桥和全桥进行了优化。

特性

• 多达 3 个独立反馈回路的数字控制
  • 基于 PID 的专用硬件
  • 2 极/2 零可配置
  • 非线性控制
• 高达 16 MHz 误差的模数转换器 （EADC）
  • 可配置分辨率低至 1mV/LSB
  • 自动分辨率选择
  • 高达 8 倍的过采样
  • 基于硬件的平均（高达 8 倍）
  • 14 位有效数模转换器 （DAC）
  • 自适应采样触发定位
• 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 相位分辨率
  • 输出之间的可调相移
  • 可调节的线对之间的死区
  • 逐周期占空比匹配
  • 高达 2MHz 的开关频率
• 可配置的 PWM 边沿移动
  • 尾随调制
  • 领先调制
  • 三角调制
• 可配置的反馈控制
  • 电压模式
  • 平均电流模式
  • 峰值电流模式控制
  • 恒流
  • 恒定功率
• 可配置的调制方法
  • 调频
  • 相移调制
  • Pulse Width Modulation
• 快速、自动和平滑的模式切换
  • 频率调制和 PWM
  • 相移调制和 PWM
• 高效率和轻负载管理
  • Burst Mode
  • 理想二极管仿真
  • 同步整流器软开/关
  • 低 IC 待机功率
• 软启动/停止，带和不带 Prebias
• 快速输入电压前馈硬件
• 初级侧电压感应
• 铜迹线电流感应
• 用于非峰值电流模式控制应用的磁通量和相电流平衡
• 当前共享总线支持
  • 模拟平均值
  • 主站和从站
• 功能丰富的故障保护选项
  • 7 高速模拟比较器
  • 逐周期电流限制
  • 可编程故障计数
  • 外部故障输入
  • 10 个数字比较器
  • 可编程消隐时间
• 在多个 UCD3138 系列器件之间同步 DPWM 波形
• 集成 14 通道、12 位、267ksps 通用型 ADC
  • 可编程平均滤波器
  • 双采样和保持
• 内部温度传感器
• 完全可编程的高性能 31.25 MHz、32 位 ARM7TDMI-S™ 处理器
  • 32KB 程序闪存
  • 带 ECC 的 2KB 数据闪存
  • 4KB 数据 RAM
  • 4KB 的 boot ROM 支持通过 i 在现场进行固件引导加载^2^C 或 UART
• 通信外围设备
  • 我^2^C/PMBus
  • UCD3138RGC 上 2 个 UART（64 针 QFN）
  • 1 个 UART，UCD3138RHA/UCD3138RMH （40 引脚 QFN） 和 UCD3138RJA （40 引脚 VQFN）
• 具有可选输入引脚的定时器捕获
• 多达 5 个额外的通用定时器
• 内置看门狗：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 Studio GUI 支持

参数

1. 产品概述

• ‌名称‌：UCD3138
• ‌类型‌：高度集成数字控制器
• ‌应用‌：用于隔离电源
• ‌核心‌：基于32位ARM7TDMI-S RISC微处理器
• ‌特点‌：高性能、高集成度、可编程性强

2. 主要特性

• ‌数字控制环路‌：支持多达3个独立反馈环路，具有专用的PID硬件补偿器。
• ‌高精度ADC‌：高达16 MHz的误差模拟数字转换器（EADC），可配置分辨率小至1 mV/LSB。
• ‌高分辨率DPWM输出‌：多达8个，具有250 ps脉冲宽度分辨率和4 ns频率分辨率。
• ‌多种控制模式‌：电压模式、平均电流模式、峰值电流模式等。
• ‌快速模式切换‌：支持频率调制和PWM之间的平滑切换。
• ‌丰富的外设‌：包括12位通用ADC、多个UART、PMBus接口、定时器等。
• ‌高灵活性‌：支持多种拓扑结构，如相移全桥、LLC谐振等。

3. 电气特性

• ‌工作温度‌：-40°C至125°C
• ‌供电电压‌：3.3 V（±5%）
• ‌闪存‌：32 KB程序闪存，2 KB数据闪存
• ‌RAM‌：4 KB数据RAM
• ‌BOOT ROM‌：4 KB，支持固件启动和加载

4. 应用领域

• ‌电源供应‌
• ‌电信整流器‌
• ‌ 功率因数校正（PFC） ‌
• ‌隔离DC-DC模块‌

5. 封装与订购信息

• ‌封装类型‌：64引脚QFN（RGC），40引脚QFN（RHA/RMH/RJA）
• ‌订购信息‌：提供多种封装和温度等级选项

6. 开发支持

• ‌开发工具‌：提供Code Composer Studio集成开发环境。
• ‌调试工具‌：支持PMBus协议的Fusion Digital Power Studio GUI，用于实时监控和配置关键参数。
• ‌文档支持‌：包括技术参考手册、用户指南和应用笔记等。

7. 布局与设计指南

• ‌EMI/EMC缓解‌：推荐使用多层板设计，单层地平面，并添加适当的滤波电容。
• ‌电源与接地‌：推荐数字电源和模拟电源分离，使用单点接地。
• ‌关键信号布局‌：包括DPWM同步、GPIO、ADC等信号的布局指导。

8. 保护与安全特性

• ‌过流保护‌：支持周期过流限制和可编程故障计数。
• ‌过压/欠压保护‌：监测输入和输出电压，提供过压和欠压保护。
• ‌热关断‌：监测结温，超过阈值时自动关断。

9. 注意事项

• ‌静电放电（ESD）警告‌：处理IC时应采取适当的预防措施，以防止ESD损坏。