第一代有源钳位拓扑解决方案及原理

在有源箝位专利技朮到期之后，德州仪器公司又推出了新一代有源箝位控制器UCC2891～94，以全新的高压起动技朮，对应高边箝位，低边箝位给出四款控制器。下面我分析其特色及给出设计程序。它适于有源箝位的正激或反激变换器。是一款峰值电流型，固定频率，高性能的脉宽调制器。包含有对主功率及箝位MOSFET的驱动，易于调整主辅输出的延迟，其中UCC2891/93内含110V高压起动源，对通讯系统可以直接输入的电源起动，其它特点还有内部可调的斜波补偿，精密占空比限制，单电阻设置频率或外同步，精密的线路UVLO，大幅度减少外部元件。下面详细叙述。
UCC2891～94内部功能方框图如图1。
 图1  UCC2891-94 内部功能方框电路
16 PIN端子功能如下：
1 PIN.RDEL
此端内部连接到一个大约2.5V的直流源。用电阻RDEL接到GND（端6），为UCC2891控制器设置两个开关的栅驱动信号的延迟。对OUT（PIN13）关断AUX(PIN14)开通，或AUX(PIN14)关断，OUT(PIN13)开通的转换时间都相等。延迟时间被定义如下：
    
延迟时间的正确的选择可参考有源位功率转换器的设计。
2 PIN RTON
此端内部连接到一个大约2.5V直流源。将电阻RON连接到GND(PIN6)，设置内部定时电容的充电电流。RTON端连同RTOFF端(PIN3)被用来设置工作频率和UCC2891系列的最大工作占空比。
3 PIN RTOFF
此端内部连接到一个大约2.5V的直流源。将电阻ROFF连接到GND，设置内部定时电容的放电电流。RTON和RTOFF端用来设置开关周期TSW和最大工作占空比DMAX，它们可用下面的公式计算：
    
4 PIN VREF
控制器的内部5V的偏置源接到此端。此内部偏置调整器需要一个高质量的陶瓷旁路电容CVREF与GND相连接，这样可以滤去噪声并且为调整器电路提供补偿。建议CVREF值为0.22μF。旁路电容的最小值为0.22μf，它受调整器的稳定性的限制，最大旁路电容值可达到大约22μf。
VREF在内部限流并可以提供大约5mA的电流供给外部电路。当发生欠压锁定（UVLO）时，使UCC2891X控制器工作时只有基准可用，关于欠压锁定电路的功能的详细描述参考功能描述部分。
5 PIN SYNC
此端为外时钟信号输入端，此时钟信号可用来将控制器UCC2891系列的内部振荡器同步。同步频率必须要比片上振荡器的自由运行频率高，TSYNC＜TSW。同步信号可以接受的最小脉宽为50ns（正极），并且它必须要比（1-DMAX）* TSYNC短，在这里DMAX由RON和ROFF决定。如果同步信号的脉宽保持在这些限制之内，最大的工作占空比仍象RON和ROFF的比率一样有效。在自由振荡和外同步模式工作时，DMAX相同。如果同步信号的脉宽超过（1-DMAX）*TSYNC，最大工作占空比将由同步脉管宽来决定。
6 PIN GND
此端为UCC2891内部所有小信号控制电路提供一个参照电平。
7 PIN CS
此端直接输入到PWM和控制器UCC2891系列的电流限制比较器。CS端从来都不可以直接连接到功率转换器的电流采样电阻RCS上。在电流采样电阻和CS端之间加入一个小型通用的RC滤波器，这对于调节片上斜率补偿电路的正常工作和保护连接到CS端的放晶体管都是必需的。
斜率补偿通过一个流出CS端线性增长的电流经RF来实现。斜率补偿电流只出现在转换器的主功率开关栅驱动信号的导通期间。CS端的内部下拉晶体管在定时电容放电期间被激活。间隔时间是（1-DMAX）* TSW 并表示主功率开关确保关断的时间。
8 PIN RSLOPE
此端与GND之间的电阻RSLOPE设置斜率补偿电流的幅度。在主功率栅驱动导能期间，RSLOPE上的电压代表内部定时电容的波形。随着定时电容开始充电，RSLOPE两端的电压也增大，引起电流波形的线性增长。为了斜率补偿而供给CS端的电流与流过RSLOPE的电流是成正比。
由于在RSLOPE端的高速交流电压波形，接到RSLOPE端的外部电路元件的寄生电容和电感应当适当地减小。
9 PIN FB
此端是UCC2891系列脉宽调制电压的输入端。一个外部误差放大器提供，它比较转换器的输出电压和基准电压，并且用一个电压调节回路来补偿。通常，误差放大器放在隔离功率转换器的次级处，并且输出电压通过一个光耦经隔离边界送过来。因此FB端通常由一个光耦来驱动。连接到VREF端一个外部上拉电阻作为反馈电路的一部分也要正常工作。