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[参考译文] UCC28740:UCC28740的演示模块输入电压范围和工作

Guru**** 2455470 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC28740, PMP30164, TL431

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1277273/ucc28740-demo-modul-input-voltage-range-and-working-of-ucc28740

器件型号:UCC28740
主题中讨论的其他器件: PMP30164TL431

您好、TI 团队、

我最近正在从事一项使用 UCC28740控制器 IC 的反激式转换器设计。 在我的研究期间、我看到了三相输入的一个示例设计。 在 TI 发布的本应用中、指定的输入电压范围为140VAC 至274VAC。 对于该应用的输入范围、我有点困惑。 这些值是设计的 RMS 值还是峰值? 您能帮我解决一下我的困惑吗? 我正在检查的应用是 PMP30164。

此外、我无法理解 IC 的工作原理。 例如、辅助绕组的工作原理对我来说是一个很大的问题。 此外、数据表中没有关于如何为我的设计补偿控制环路的信息。 如果你能给我一些建议,我会感激的

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 Sahin:  

    我正在处理这个问题、今天很快就会回来与您联系。

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    您好、Manuel:

    感谢您的关注和提前帮助。 如果可能、我想多添加一个简单的问题。 我是否可以调整此示例设计以适应从零开始设计变压器的更高输入电压?  

    再次感谢您的帮助。

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    尊敬的 Sahin:  

    对于 PMP30164、此参考设计的输入是140VAC<VinAC<274VAC 的三相线路。 这些值是 RMS 值、而不是峰值。 在整流级(全桥二极管)和输入滤波器(L2C3 L5C7)之后、输入电压变为直流。250<VinDC<670。 此直流输入电压是反激式转换器的输入。

    2、辅助绕组:具有以下功能。

    -在 HV 引脚启动过程完成且达到调节值后,将器件上电至 VDD 引脚( VDD > UVLO_ON )。

    通过磁化电感通过 VS 引脚感测电压: 通过分压器(原理图中的 R21、R27)检测此电压、可在谐振电压波形的谷底开启主 FET、在 FET 开启时可实现最小 VDS (漏源电压)。 这减少了初级开关电流的导通尖峰和导通 FET 所需的能量、从而减少了开关损耗。 它还改进了转换器的 EMI 性能、从而减少了输入电流上出现的谐波。  

    感应 输出电压:该器件具有 OVP(过压保护),可在消磁期间(当 FET 关闭时)感应输出电压。 如果 VS 引脚电压达到5.4V、器件将进入故障模式、停止开关、并在故障关闭后尝试重新启动。

    3. UCC28740具有高电压启动功能、能够在 HV 引脚上处理高达700V 的电压、在本参考设计中、主开关 FET Q2的额定电压为950V。 这是因为输入直流电压高达670V。 如果更高、设计会发生变化。 磁化电感(变压器)、最小 FET、控制器等一切都需要重新设计。

    如果您还有任何问题、请让我回复该主题。

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    您好、Manuel:

    感谢您的回答以及对我的问题的完美解释。 我了解了该评估板的基本工作原理。 最后、我想再问一个问题。 您能否解释或帮助您如何为此 IC 设计控制环路? 无 UCC28740数据表相关信息。

    提前感谢您的进一步帮助。  

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    尊敬的 Sahin:

    控制环路通过反馈环路中的光耦合器进行调节、该光耦合器由并联稳压器 TL431进行偏置、该稳压器的基准电压取自转换器的检测输出电压。 以下是围绕这2个器件设计控制环路的主要标准。 请参阅图 数据表的第18部分:

    将 IC 的 Vdd 连接到光晶体管的集电极以对其进行偏置。 Rfb4被设计成在满负载时设定一个最小光晶体管电流。 典型值介于10到100千欧之间。 Rb3和 Cfb3是可选的、用于改善输出上有阶跃负载时的瞬态响应。 您可以将光晶体管的发射极直接连接到 IC 的 FB 引脚。

    在光耦合器的二极管侧、并联稳压器(TL431)需要以1mA 的最小输出电流进行偏置。 在满载条件下、有最小电流通过光耦合器、因此 Ropt 需要设计为通过 TL431设置1mA 的最小电流、估算满载条件下二极管的正向电压 (最大反馈电流和 CTR 估算流经二极管的电流、然后查看光耦合器数据表估算电压)。 在空载时、并联稳压器电压会降低以增加流经二极管的电流并增加 IC 的反馈电流。 需要将 RTL 设计为限制过大的二极管电流。  

    在并联稳压器的基准和阴极之间、可以设计 II 型补偿器来改善反馈环路的瞬态响应。 可以通过估算交叉频率然后估算补偿器的低频零点和高频极点来设计补偿器的设计。

    设计 Rfb1和 Rfb2以通过一个分压器来匹配来自稳态输出电压的并联稳压器的基准电压。

    有关更多详细信息、请参阅数据表的第8.2.2.9节。 如果您还有任何问题、请让我回复该主题。

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    您好、Manuel:

    我非常感谢您的参与。 您的解释对我们帮助很大。 顺便说一下、我在这个板上进行一些测量时观察到的情况。 例如、我认为此评估模块的栅源电压的导通时间太短。 当我从输入施加250Vrms 电压时、我看到此 MOSFET 的导通时间几乎为240ns。 此外、我的输入电压为三相。 考虑到这一次、MOSFET 进行能量传导的时间是否太短?

    您能介绍一下您对这种情况的看法吗?

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    尊敬的 Sahin:

    查看参考设计 PMP30164的测试结果、我可以观察到不同的结果:

    1.满载:输入电压=200V 输出5V/2A 和12V/1.5A:fsw=42.5KHz、打开=6.5usec

    2.满载:VIN=630V 输出5V/2A 和12V/1.5A: fsw=42.5KHz、Ton=2usec

    3.pout=1W、Vin=200V:fsw=12kHz、ton=2.5usec

    4. pout=1W、Vin=630V:fs=12.5KHz、Ton=2usec

    如果您测试的 是同一个板、则您应 获得比3或4相似的结果、具体取决于 向输出输送的功率大小。 我会仔细检查结果。 您还可以 与我分享您测量的波形结果以进行验证。  

    如果您还有任何 问题、请让我回复 该主题。

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    您好、Manuel:

    感谢您的快速响应。 实际上、我没有握住确切的评估模块。 但我使用相同的电路设计。 我刚才出于个人目的更改了 PCB 设计。 此外、我还将共享我针对250Vrms (L-N)输入电压获取的波形。 正如您将看到的那样、准时的时间比您与我分享的时间要短。 根据您的回答、我的设计或我对该电路的使用存在问题。 还有一个小问题。 输入对三相输入具有中性点是否有任何重要性? 因为我使用这个带相位差值连接的电路。 最后、我认为栅极电压如此短的时间可能会受到外部噪声的影响。 您能和我分享您的想法吗?

    提前感谢您的帮助。

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    尊敬的 Sahin:

    您的 Vgs 电压看起来不准确。 它应该是一个在导通期间具有栅极-源极所需电压的干净方波脉冲。 是否在 UCC28740的 DRV 引脚处进行测量? 或 MOSFET 的栅极-源极处? 我建议进行以下调试:

    1.确保 IC UCC28740正常工作。 当 Vdd 引脚为 Vdd>UVLO_on 时、断开栅极驱动器电阻器、并使用示波器探针测量 DRV-GND 输出信号。

    2.确保 MOSFET 不会损坏。 断开 MOSFET 并使用数字手动万用表、向栅极施加一些电压到源极(万用表的二极管模式)、然后检查漏极和源极之间的导通性(它应该导通)。 您还可以检查体二极管、该二极管向源漏极施加一些电压(二极管应导通)。

    请与我分享您的原理图、以便我为您提供更好的指导。 请确保在 DRV 引脚上进行正确探测。 我建议拆下尖端和接地引线的盖子并使用尖端桶形连接器来测量 IC 引脚上的 DRV-GND 电压(请参阅随附的图片)。

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    您好、Manuel:

    感谢您的帮助以及对我的问题的快速答复。 正如您所说的、我测量了栅极电压。 我已使用 Tip %Barrel 探针在负载为1.5A 且输出为5V 时测量了 g-s 电压、而在输入电压为254Vrms (L-N)时12V 输出处于空载状态、我认为使用三相整流器将导致大约600Vdc 的电压、导通时间为1.5us。 但我还有另一个关于 UCC28740的问题。 我已阅读过数据表几次、但对该 IC 的开关频率选择没深入了解。 您能帮助我了解此器件的开关频率功能吗? 在测试电路时、我测量了32kHz 开关频率。

    提前感谢您的帮助、祝您度过一个美好的周末。

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    你好、Sahin。

    我正在处理这个问题、今天很快就会回来与您联系。

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    尊敬的 Sahin:

    UCC28740在恒压模式下工作时有两种功能模式:

    1. 频率调制(FM) :根据输出功率的大小,设备将增大或减小开关频率(FSW)。 在以 DCM 运行的反激式中、已知从初级侧到次级侧的磁化电感(Lmag)提供的功率可通过 P=1/2*计算得出* IPK^2 *Lmag* fsw。  因此、随着反激式转换器中功率需求的增加、假设峰值电流 恒定、开关频率需要增加。 如图15所示、当 Fsw 线性增加(红线)时、初级峰值电流 Ipp (蓝色虚线)保持不变。

    2.  峰值电流模式控制(AM):  即振幅调制模式。 借助相同的公式、我们可以注意到、考虑到 Fsw 恒定、如果 Lmag 的峰值电流(与通过 MOSFET 的初级峰值开关电流相同)增大、则 Lmag 从初级侧到次级侧提供的功率将增大。 如图 15、 当 Ipp (初级峰值电流)线性增加(蓝色虚线)时、Fsw 保持不变。  

    您还可以从图15中注意到、根据反馈电流(I_FB)、器件可在频率调制或峰值电流模式控制下工作。 I_FB 在高负载时为低电平、在轻负载时为高电平。 这意味着在低功耗时 I_FB 很高、并且器件以最低 Fsw (170Hz)以恒定 Ipp 进行开关、如果功率需求增加、则可能会增加至32KHz。 在高功率 I_FB 较低时、器件会以恒定 IPP 增加 Fsw、直到达到器件可以达到的最大开关频率(100KHz)。 在中间功率级别下、峰值初级电流(通过 MOSFET 的电流)会在 Ippmax/4和 Ippmax 之间以恒定的 Fsw 增加。 Ippmax 取决于 MOSFET 源极和初级接地之间的电流检测电阻 RC。

    如果您的器件以35KHz 的频率进行开关、则意味着该器件处于 FM 模式、并且如果您的输出功率需求增加、则该频率会增加。

    如果您还有任何问题、请让我回复此主题。

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    您好、Manuel:

    感谢您的快速响应以及在我想了解我的设计如何工作时您的帮助。  

    我想问一个问题。 我再次读了数据表、我已经看到、如果 VS 引脚电压超过4.6V、那么控制器会感测到故障情况。 当我已经在254Vrms (L-N)下测量了三相输入的 VS 引脚时、我已经获取了示波器屏幕截图。 从此处可以看到、我的 VS 引脚电压在一些周期内超过4.6V。 您能否分享我在上面为 VS 引脚键入的、负载为1.5A、电压为5V 的指定输入电压的示波器图。 此外、我要强调的是、12V 输出已空载。

    提前感谢您的帮助。

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    曼努埃尔今天不在办公室。

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    尊敬的 Sahin:

    VS 引脚的 OVP 检测在消磁时间结束时测量(见下图)。 在这些点、VS 不超过4.6V、所以您应该供电正常。 波形中显示的峰值恰好在钳位作用之前、以防止 MOSFET 中出现过压。  

    如果您还有任何问题、请让我回复该主题。

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    您好、Manuel:

    非常感谢您的帮助、并花时间回答我的问题。  

    我真的了解了 IC 的工作原理。

    但最后、如果您想帮助我、我还有一个问题。

    在我使用 UCC28740的设计中、返回路径相位没有中性连接、这意味着我的电源输入是三角形连接。 因此、整流后的直流大容量电压将变为比 UCC28740演示模块高 sqrt (3)倍。 具体取决于变压器不足以降低输入电压、从而导致栅源电压时间过短、无法将输出调节到5V。  

    能否就如何降低恒压电压、同时保持此设计正常运行所需的电流和电压水平提供建议?

    提前感谢您的帮助。

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    尊敬的 Sahin:

    如果输入电压显著增加、组件的设计也会发生变化。 电感、FET、HV 引脚与控制器的连接。 您可以使用相同的原理图、但元件的设计会发生变化。

    谢谢!