[参考译文] UCC28730-Q1：寻找使用500V 电池运行 RTC 的解决方案

您好、Robert、

感谢您关注适用于您的应用的 UCC28730-Q1 PSR 控制器。

我想澄清你们的问题有几个方面，因为我认为自己作出假设，但需要核实这些假设，以便作出明智的回应。

我正在进行系统级配置、其中 UCC28730控制器反激式功率级由500V 电池供电。 变压器具有隔离式12V 输出绕组和常用的初级侧辅助绕组(非隔离式)。 在隔离式输出上，您希望运行 RTC (实时时钟？) 该功耗在激活时约为6mW (12V 时为0.5mA)、在睡眠时仅为0.05mW。

在初级侧，除了控制器电源外，您还想运行另一个器件(我们称之为“DEV”)，该器件在工作时的功耗为~240mW (12V 时为20mA)，在睡眠时仅为~0.12mW (~10uA)。

回答 Q1：由于 DEV 以12V 电压运行、因此它可以脱离与 UCC28730的 VDD 相同的辅助绕组运行。 12V 非常适合 VDD。

回答 Q2：严格来说、UCC24650并不需要与 UCC28730配对。 它旨在为-730提供一个高级警报(一个“唤醒”调用)，表明一个显著的负载阶跃被应用于一个输出。 这使得针对该输出使用的输出电容大大减少、这是因为-730对这样一个警报反应非常迅速。 因此、在没有-650的情况下、需要一个大得多的输出电容来提供负载阶跃电流、直到-730控制器识别电压偏差并以更高的功率吞吐量做出响应。

这种解释从某种意义上说，把马车放在马之前。 UCC28730能够将其开关频率降至接近30Hz、因此可在极低的待机功耗水平下运行。 在待机功耗条件下、每个周期的反激能量需要以极低的速率传送到输出、以保持稳压状态。 在更高的负载功率水平下、每周期的能量必须更频繁地传递、开关频率升高时也是如此。

然而、UCC28730使用初级侧调节(PSR)、通过感测从次级绕组到辅助绕组的反射电压来调节输出电压。 这消除了光耦合次级侧调节反馈系统相对较高的偏置功率开销。 当输出功率大于或等于辅助控制器功率时、PSR 工作正常。

在您的系统中(正如我假设的那样)、-730控制器负载为~0.63mW (待机模式下)、RTC 负载为0.048mW (待机模式下)、DEV 负载为0.12mW (待机模式下)。 在这种情况下、辅助绕组负载大于隔离式次级侧、因此辅助偏置电压将得到良好调节、但次级输出电压可能会偏离调节…Δ V 电压很可能升高。 这是因为在开关周期期间、初级绕组中累积的能量将对相对电压最低的输出进行退磁(取决于匝数比)。 捕获在输出漏电感中的任何部分电流都将产生输出电荷峰值、直到其电压足够高、从而阻止任何进一步充电。 具有较高负载的绕组将消耗该电压、并将成为稳压目标。 根据 RTC 可接受的12V 容差、您可能需要在该输出上使用齐纳二极管钳位。

接下来是阶跃响应问题。 由于-730将以在待机负载条件下保持稳定所需的最低频率运行并使用 PSR 进行调节、因此在开关脉冲之间的间隔期间、任何绕组上的突然负载阶跃都是很盲的。 它在退磁时间结束时(通过 VS 输入)对反射的辅助绕组电压进行采样、并且无法检测采样之间的电压变化。 这些样本的间隔可能高达33ms、因此 DEV 的10us 启动时间几乎瞬时到控制器。 最坏的情况是、当-730获取样本后立即发生负载阶跃、未发现任何变化、然后返回休眠状态。

如果没有 UCC24650唤醒芯片、DEV 输出将需要一个大电容来保持电压、直到下一个开关脉冲允许检测并对降低的电压采样采取相应的措施。 如果允许1V 压降，我估计 DEV 的值为0.02A*0.043s/1V = 860uF (我为控制器增加了10ms，以将频率从最小值提高到所需的水平)。 当然、较小的负载阶跃需要较小的电容值。

对于第3个问题，我需要在内部进行检查，以了解您所在地区的可用人员，并让他们与您联系。
这是否能回答您的问题？ 如果我的假设不正确，请告诉我，我将调整我的回复。

此致、
Ulrich

谢谢 Ulrich。 这对某些人有所帮助。

澄清：

我们在最后一个系统中使用的实时锁(RTC)、为了便于软件开发、该系统可能会使用 NXP PCA21125。 其电源电压为1.3V 至5.5V、可能通过5V SPI 读取。 因此所需的功率将小于12V 的电压。 LV 侧的其余部分将从该侧的12V 电压运行。 客户担心较大的漏极和开发问题、这些问题将来自从500V 侧运行整个器件、我们没有增加 RTC 侧电流的选项。

初级侧的 DEV 电源电压范围为4.5至14V。 当 LV 12V 不可用时、它不需要运行、但由于这是中等产量、我们需要降低成本。

因此、听起来可能可以做到这一点、但我需要在 RTC 电源上使用齐纳二极管、以防止它在睡眠期间超过5.5V。 对于运行、我可以唤醒 DEV 并等待稳压稳定、然后再运行它并询问 RTC、和/或在系统唤醒后、我可以在 RTC 侧切换更大的负载、以使-730退出32Hz 开关并改进其稳压。

我想知道-730 VDD 为12V、因为我(尽管粗略)对数据表的读取表明、-730 VDD 的标称电压为25V、其从 HV 启动到运行电压的导通开关高于17.5和21V 的标称电压。

我还想尝试寻找现成的4绕组变压器、除了低压侧的5V 次级电压外、还在 HV 侧提供12V 次级电压。 我只是不确定预算是否能够在这些数量上吸收定制变压器的成本。

Rob

尊敬的 Rob：

感谢您提供更多信息。 尽管我现在对某些事情有点困惑。 您提到 DEV 将与 RTC "通信"、但 RTC 在低压侧隔离、而 DEV 在高压侧不隔离。 这是否违反了 RTC 的隔离？ 除非可能涉及光耦合器或信号变压器。

您提到"低压侧的其余部分将从该侧的12V 电压中流出。 "、这是新信息。 此附加电路代表多大的功率？

您提到、当 LV 12V 不可用时、DEV 不需要运行、但即使负载处于睡眠模式、所有输出电压、HV 和 LV 侧也始终可用。 您是否在12V 输出上有一个开关、用于在待机期间切断"低压侧其余部分"的电源？

对于 UCC28730 VDD 范围、如果控制器启动电压至少达到21V (典型值)、则可以在 VDD 上的7.7V 至38V 电压范围内运行。 VDD 可以从该点升高或降低、具体取决于匝数比。 为了最大限度地降低待机功耗、最好在接近7.7V (典型值) UVLO 关断阈值的情况下运行、但为纹波和瞬态留出一定的裕度。 VDD 的高端(38V)可实现 USB 电池充电器应用的宽输出电压变化。 这样、当负载电池(例如5V 标称电压)放电至2V 并充电时、输出被调节为恒定电流(而非电压)。 如果我们在 Vout = 2V 时设置 VDD =~10V、则当 Vout = 5V 时、VDD 将为~25V。 我认为这就是数据表为规格表设置 VDD = 25V 的原因。

此致、
Ulrich

因此、整个单元的 LV 侧有一个 MCU 和接触器驱动器、当系统上电时、它们会从机箱侧的12V 电压中运行。 这是 RTC 打开的那一侧、最好保持打开状态。 然后、我们在隔离式高压侧有一个连接到开发的隔离器、该隔离器通过隔离器与 MCU 进行通信。 最初、我们的计划是从12V 运行 RTC、从12V 运行隔离式开关、但客户增加了在电池组未安装且处于货架上的情况下、让 RTC 脱离 HV 运行的要求。 他们希望 MCU 在开发过程中在12V 电压下运行、而在开发过程中、周围有500V 电压会带来风险、并且他们不希望在生产过程中 MCU 的 HV 上产生额外的漏电流。

因此、功率情况是：
12伏打开点火开关关闭-所有处于待机/睡眠状态的设备、只有 HV 供电的 RTC 需要睡眠电源来保持计数
12伏打开点火开关-所有部件均已通电、MCU 与 DEV 通话-所有部件均可运行12伏、但将 RTC 从 HV 切换到 LV 电源可能存在当前未知的问题
已移除12V 并将其打包在存储中-所有断电/睡眠状态、只有 HV 供电的 RTC 需要睡眠电源来保持计数

因此、如果我必须关闭 HV 上的 RTC、我觉得使用 SMPS 并关闭 DEV 也是一种可行的方法、我开始寻找低功耗汽车离线 SMPS。 我们确实考虑了将 RTC 移至 HV 侧并使用具有下降电阻器的稳压器、但这看起来很粗糙、结尾的元件更多

因此、对于来自辅助设备的 DEV OFF VDD、我计划有一种方法将 DEV 电源电压限制为小于其最大14V 根据我的理解、由于我们永远不会达到最大 Vout 电流、这意味着所需的 VDD 范围应该更小。

Ulrich、

我还没有听说过当地的任何人、经销商说他们通常只与大型 OEM 交谈。 我想我将继续并尝试其中一个评估板、但我将需要诸如 FIT 率等信息、以便进一步推进、因为这是一个 ASIL 项目。

Rob

如果有更保密的方法来支持、我会尽可能多地处理这一问题。

由于 UCC28730参考设计似乎不可购买、您是否知道有任何可用的电路板、并且可以交换 UCC28730进行测试？

您能否将我指的是合适的变压器(汽车、最好小于10mm 高)？

到目前为止、我发现的最好的产品似乎是处的 Pulse EFD20 但我还不知道它的可用性。

 

我肯定会有更多问题、因为我不是电源专家。

Rob