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[参考译文] UC1843:高电压非隔离式 DCM 反激设计

Guru**** 672920 points
Other Parts Discussed in Thread: UC1843, LM3481, UC1843A-EP, UC1843A, UCC28C43
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https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/742864/uc1843-high-voltage-non-isolated-dcm-flyback-design

器件型号:UC1843
主题中讨论的其他器件: LM3481、、 、UCC28C43

我正在使用 DCM 中的高电压直流/直流反激式转换器(28VDC 输入/2800VDC 输出)、我有兴趣使用 UC1843控制器。 是否有专门针对 DCM 反激式设计的示例或应用手册? 大多数应用手册/数据表介绍了 CCM 中的设计。 在补偿和 非隔离式反馈计算方面是否会有重大差异? 另外、我注意到 UC1843几乎没有库存、这种部件是不是很常见还是即将过时? 我看到的开关频率为200-300kHz、占空比约为52%。 我还提到了 LM3481、您能否提供 DCM 示例并为我的应用推荐控制器?

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    你好、Lupita、

    要解决的问题是、您需要商用级器件、汽车级器件、增强型产品级器件、军用级器件或航天级器件。

    我之所以提出这一点、是因为 UC1843是一个非常旧的器件、而且从那时起、已经为商业应用创建了更新的器件。 UC1843通常不用于新的商业应用。

    正确的是、CCM 和 DCM 之间的补偿会有所不同。

    谢谢、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    最好使用军用级或汽车级器件。 但是、我工作的温度范围是-55至100°C

    这就是我想的。 到目前为止、我遇到的几乎所有应用手册都介绍了隔离式 CCM 设计的计算方法。 TI 是否有 DCM 设计示例?
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    你好、Lupita、

    您的温度范围让我认为您需要我们的 EP/QMLQ 器件、因为它们将会降至-55C。

    就器件的运行而言、UC1843A-EP 或其中一个 UCC180X-EP 器件可能是您的最佳选择。

    DCM 实际上比 CCM 更容易补偿、因为您不必担心 DCM 中的右半平面零点。
    您的变压器将具有一个奇怪的匝数比/电感、因此它可能比正常情况更具问题。
    通常、对于 DCM、我已经向前看了、就好像它是 CCM 一样、但不用担心 RHP 零点、因为它离交叉频率太远了。
    我不会担心、因为这可能会让您更轻松。

    您的补偿方式将根据您隔离反馈的方式(或不隔离反馈)而变化
    您是选择隔离设计、使用初级侧调节还是使用振幅调制?

    初级侧调节通常适用于低电流、因为负载调节非常糟糕。
    光隔离式设计往往在较高的电流中占主导地位、但光耦合器显示了辐射问题(这可能是也可能不是您的问题)。
    很坦率地说、调幅是一个难题、但可以起作用。

    通常存在 DCM 反激式转换器的示例、但它们中没有一个会显示 DCM 中的 UC1843/UCC180X 器件、因为它们的大多数客户群都是 CCM。

    谢谢、
    Daniel
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    UC1843J 和 UC1843A-EP 之间有何区别? 网站指出它们具有相同的温度范围。 此外、UCC180X-EP 是否是较新的器件?

    我看到了、因此我可以使用数据表中的 CCM 示例、而只需忽略 RHP? 在 II 型补偿器配置中、这是否会导致 UC1848 VFB 和 COMP 引脚之间串联一个电阻器和电容器?

    本设计不考虑隔离和辐射问题。 我计划使用初级侧调节、因为不需要隔离、负载电流将为1mA。 这意味着从转换器输出到 VFB 引脚的分压器、对吧?
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    你好、Lupita、

    UC1843J 是采用 J 封装的 UC1843。 它将采用陶瓷 CDIP 封装。
    通常、非 EP 器件没有-55 C、但该器件似乎是一个例外。

    UC1843A-EP 是 UC1843A、它将使用更适合于恶劣环境的不同材料。
    为实现封装可靠性、它将具有粗糙的引线框和低分层芯片连接。

    您可以使用 CCM 示例、几乎可以忽略 RHP 极点。 我仍然会计算它、但在大多数应用中、它将远离交叉频率。

    通常、对于非隔离式拓扑、我建议至少使用类型 IIB 补偿、即 R+C 与 C 从 FB 到 COMP 并联。

    初级侧调节是通过变压器的辅助绕组进行调节。
    您所讨论的是次级侧调节、它将是从输出到反馈引脚的分压器。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    感谢您对差异的解释。  

    数据表还仅计算 CCM 的占空比、初级电感和峰值电流。 在第9.2.10.1节中、有一个 Lpcrit 公式、因此对于 DCM、LP 是否小于 Lpcrit? 其他占空比和峰值电流公式对于 DCM 是否仍然有效?

    此外、该设计是否可以接受次级侧调节(假设它已按照您的建议进行补偿)?

    谢谢、
    Lupita

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    你好、Lupita、

    Lpcritical 的查找取决于:

    VIN =输入电压

    Vo =输出电压

    LP =变压器的初级侧电感

    Vdiode =电压二极管压降

    NPS =匝数比主要:次要

    转换器的 TON =导通时间=占空比*开关频率

    TOFF =转换器的关断时间=(1-占空比)*开关频率

    我所谈论的一切都将从初级侧的角度出发。

    电感器电流斜率的增加将是 Vin/LP、因此占空比末尾的峰值电流将是(Vin/LP)*ton。

    电感器电流斜率下降将为(Vo+Vdiode)*NPS/LP,因此要保持在 DCM 模式,电感器电流必须返回到0,我们得到:

    (((Vo+Vdiode)*NPS/LP)*TOFF =(Vin/LP)*ton

    这将为您提供初级侧电感的临界值。

    此外、只要不要求隔离、次级侧调节也是可接受的。 它应该适用于您的设计。

    谢谢、

    Daniel

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    Daniel、您好!  

    感谢您的方程式。 我开始仿真、我预计反激式变压器初级侧的电压为28V 至-28V;但是、在我的仿真中、我只获得周期的正半部分(大约3V 至28V)。 这也会防止次级输出周期的正半。 这是否与 PWM 控制器相关?

    谢谢、

    Lupita

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    你好、Lupita、

    首先、我要检查反激式仿真、您使用的是耦合电感器、而不是变压器(幽默感)。

    就只看到一个正半周期而不是一个负周期而言,我当然感到困惑。
    我们的 PWM 控制器肯定会使负半个周期。

    如果您共享原理图、我可能会对其进行更多评论。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    我使用的是 LTSPICE、因此、对于耦合电感器、您意味着两个具有 SPICE 指令的单独电感器、例如"K1 L1 L2 1"?

    当我获得所需的频率时、我发现我没有获得我设计的占空比、因此我将重新计算值并再次运行仿真。

    此外、TI 是否有用于8引脚 UC1843的 SPICE 模型? 这是否与网站上的20引脚大不相同?
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    你好、Lupita、

    SPICE 指令 K L1 L2 1实际上会生成耦合电感器。

    如果您需要有关设计值的任何帮助、请随时咨询。

    我们只有"20引脚"的 SPICE 模型、但这两种封装不会发生电气变化、因此如果我们有"8引脚"模型、它们将具有相同的模型。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    数据表未详细介绍软启动电路。 是否有建立 RSS 和 CSS 的指导原则? 此外、您能否进一步解释 CCT 建立的"死区时间"? 根据图9、CCT 确定了死区时间、这会导致最大占空比(Dmax)。 计算得出的 Dmax 是最大限制还是 CCT 实际上会将占空比设置为 Dmax?

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    你好、Lupita、

    除了确保 Vref 未加载太多之外、没有关于 RSS 和 CSS 的指导原则。

    因为来自 CCT 的死区时间是由计时引脚的电容器放电引起的。

    器件的 Dmax 是最大限制、但如果与开关频率相比、CCT 过大、则可能会导致问题。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    我的开关频率为250kHz、并选择 CCT 作为1.1nF、因此我不认为这是问题所在。 我有一些悬而未决的问题、包括计算反激式电路稳压28V 输入的 Cin。 数据表中的示例说明了一个脱机示例。
    此外、对于补偿环路、数据表将 BW 设置为 RHPZ 频率的1/4、然后将补偿器零点设置为 BW 的1/10。 对于 DCM、这些值是否仍然保持不变? 此外、我计算出的 ESR 零点远大于 RHPZ、数据表显示补偿极点应位于最低频率(RHPZ 和 ESR 零点)。

    谢谢、
    Lupita

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    你好、Lupita、

    器件的 Cin 值完全取决于器件的供电方式。
    离线示例 Cin 更重要、因为它们有一个电阻器从输入端连接到转换器、然后连接到器件。
    辅助绕组最终将提供电源、但需要一定量的 Cin 来为器件提供电流。

    对于您的应用、您可能不需要太多、但我需要知道进入转换器的导线长度。

    我可能会尝试将转换器的带宽设置为比 RHPZ 频率的1/4小一点、因为在 DCM 中、RHPZ 比 CCM 开始时要高很多。 您可以将其推高一点、但我只是建议保守一点。
    在补偿方面、我要将极点放置在两个值 RHPZ 或 ESR 零点中的较低位置。 RHPZ 听起来较低(这在 DCM 中很少见、但听不到)。
    补偿的零点应放置在带宽前十倍频处。 这与 DCM 和 CCM 相同。 这是为了最大程度地增加相补角。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    感谢您提供相关信息。 由于设计不是最终的、我还不知道走线到转换器的时间。 关于补偿、数据表提到了使用光耦合器的隔离示例;但是、我的设计不会进行隔离、因此反馈分压器将直接连接到 VFB。 我在 http://www.ti.com/lit/an/slva662/slva662.pdf 上找到了以下 TI 说明 。 在与 C 值并联计算 R+C 时、我是否应该考虑顶部反馈电阻器?

    我在 TINA 中填充了该设计、但我没有获得 PWM 信号。 我的输入为28VDC、我看到控制器的输出大约为27VDC。 对于 TINA 中的耦合电感、我能否通过使互感为负电感来更改点惯例?

    谢谢、

    Lupita

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    你好、Lupita、

    这是一个奇怪的输出电压。 在实验室中测试了这些器件后、器件的输出应约为10V

    这可能是模型的问题、但我必须研究一下。

    您所说的应用手册是我通常在进行补偿时向他人提供的内容。

    需要考虑顶部反馈电阻器。

    谢谢、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    是的、即使我串联了一个电阻器并更改了电阻、我也不会从 Vin 到 Vcc 的压降太大。

    好的、这就是我所期望的。 因此、数据表可补偿 BW 的1/10和最低零点处的零点(在本例中为 RHPZ)。 应用手册中讨论的原点极点如何?

    谢谢、
    Lupita
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    你好、Lupita、

    Vcc 电流不是为 UC1843模型建模的(这是不幸的、但对于大多数模型来说、这是真的)。
    源极点由误差放大器添加、并存在于所有器件中。

    补偿的目的是使环路的频率响应尽可能平坦。 原点极点不是您可以很好地控制的东西。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    我明白了。 好的、我将使用单独的电压源来模拟压降。 然而、控制器的输出继续产生27VDC 并且无 PWM 信号。 我已将两个接地引脚以及 VCC 和 VC 连接在一起、并将所有 NC 引脚保持在控制器上悬空。 这不应影响仿真、对吧?

    好的、我想我对 fp0应用手册中的问题使用什么感到困惑、以便在计算 C1、R2和 C3时考虑顶部反馈电阻器(R1)。

    谢谢、
    Lupita
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    你好、Lupita、

    我不知道为什么您看到27 VDC 输出。 我正在与我们的建模团队一起对此进行调查。 不过、不太可能影响仿真、因为大多数 FET 将仅在未考虑最大额定值的情况下开/关。

    选择 R1/R2可获得补偿网络的正确中带增益。 应用手册提供了根据 R1选择 R2的公式。
    误差放大器环路的中带增益将为20LOG10 (R2/R1)、用于移动交叉频率。 遵循应用手册中的公式是一个很好的起点。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    好的、感谢您对它的关注。 另一方面、我在 LTSPICE 中找到了一个等效控制器、但对于250kHz 的开关频率、占空比仅为200ns、而不是预期的2µs μ s。 这种类型的故障是否对您很突出?

    谢谢、
    Lupita
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    你好、Lupita、

    我无法评论 TI 不生产的型号。 我也不能评论 LTSpice、因为它是由竞争对手制造的。

    谢谢、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    好的、不用担心。 我真的很想让电路在 TINA 中工作。 是否有任何故障排除建议? 我是否应该包含初始条件? UC1843A-EP 是否有一个现有的示例电路?

    谢谢、
    Lupita

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    你好、Lupita、

    我之前可能没有意识到这一点、但您说过您在 TINA 中有一个电路?
    UC1843A 只有一个 PSPICE 模型。 您如何在 TINA 中使用它?

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    我通过"新建宏向导"导入了它。 这是问题吗? 还是只能在 PSPICE 中工作?

    谢谢、
    Lupita
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    你好、Lupita、

    遗憾的是、TINA 是基于 SPICE 的仿真软件。 它不是 PSPICE 仿真软件。
    PSpice 模型在 TINA 中不起作用(我很惊讶您在中获得了宏)。
    TINA 使用 TI 开发的特殊模型。

    您必须使用您可以访问的任何 PSPICE 建模软件。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    好的、感谢您将其清除。 我假设 UC1843A-EP 模型没有 TINA 版本、但现在是否有另一个 TINA 模型足够相似以便使用?

    谢谢、
    Lupita
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    你好、Lupita、

    我过去使用过 UCC28C43模型、它已经工作了。
    它们还具有稳态参考设计。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    谢谢! 我将在输出端获得 PWM 信号、但它的电压为11-28V、即使我将 Vdd 设置为15VDC。 输出不应该为0-15V? 是否有办法在 TINA 中的耦合电感器模型中添加串联电阻?

    谢谢、
    Lupita
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    你好、Lupita、

    这是...奇怪的是,在某些时候,你可能需要给我展示一张模型的照片,这样我就可以在我的一边运行它了。 它应该为0至15V

    我建议只添加一个与耦合电感器串联的实际电阻器、而不是在耦合电感器模型本身中处理它。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    好极了。 由于 ITAR 限制、我能否通过电子邮件将其发送给您?

    谢谢、
    Lupita
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    你好、Lupita、

    如果这是 ITAR、很遗憾、我们将无法做到。 我可以尝试从总体上尽可能地帮助我、但由于限制、我无法分享我们可以分享的内容。

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    明白。 由于某些参数发生了变化、我有新的问题、但我仍计划使用 UC1843A-EP。 确定输入电压范围的匝数比的最佳方法是否与数据表(第9.2.2.2节)中的方法相似? 我还遇到了以下匝数比公式、假设已确定占空比:

    此外、Dmax 在 DCM 中代表什么、因为它分为三种不同的时间? 当电流减小时、Dmax 是否仅表示导通时间? 由于 DCM 的传递函数不同(见下文)、这表示如果我尝试计算与数据表类似的 Dmax、那么 LP 将已经建立、对吧? 或者是否有其他公式用于计算 DCM 中的 LP?

     

    谢谢、
    Lupita

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    你好、Lupita、

    Dmax 表示导通时间。

    Dmax 部分取决于变压器的匝数比。

    变压器的匝数比 MAX 由公式确定:VinMIN*Dlimit/((Vout+Vdiode)*(1-Dlimit)

    Dlimit 是器件的最大占空比。 我建议将其设置在70-90%左右、因为在实际最大占空比中输入时会得到奇怪的值。

    变压器的电感由 DCM 中的最小电感决定。 这是一个关键值、其中转换器导通时间的电感上升斜率等于电感下降斜率乘以转换器关断时间。

    比如 Vin/L*ton=(Vout*NPS-Vin)/L*toff。

    求解 L、这将使您深入了解电感的关键值。 当等式的右侧较高时、您处于 DCM 模式、而当左侧较大时、您处于 CCM 模式。

    谢谢、

    Daniel

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    Daniel、您好!

    我看到、Dlimit 对应于控制器。 计算最大匝数比后、如何确定 DCM 的 Dmax? 此外、在您提供的电感公式中、Vin 是最小值还是最大值?

    谢谢、
    Lupita
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    你好、Lupita、

    检查最小输入电压和最大输入电压。
    确保两者都处于 DCM 模式。

    Dmax 将为 VR/(VR+VinMIN)

    谢谢、
    Daniel
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    Daniel、您好!

    明白了。 因此、我使用数据表 NPS=VR/Vout 中的公式计算了固定匝数比、该公式小于 NPS Max (使用 Dlimit 0.9)。 然后、我使用上述计算了 Dmax。 Dmax 只是上限、对吧? 我将最终占空比调整为一个值、使上面关键值公式的右侧在整个 Vin 范围内始终大于左侧。

    然而、是否有一个最小占空比应该引起关注? 在我的最小输入电压下、占空比为25%、而在最大输入电压下、占空比降至最坏情况下的11%。

    谢谢、
    Lupita
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    你好、Lupita、

    当您违反器件的最短导通时间时、最小占空比是一个问题。
    大多数器件将指定最小导通时间、这将决定最小占空比。

    谢谢、
    Daniel