技术资料#UCD3138A 用于隔离电源的高度集成数字控制器

UCD3138A 是德州仪器 （TI） 的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。UCD3138A 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。

UCD3138A控制器是一种完全可编程的解决方案，可为客户提供对其应用的完全控制，以及使其解决方案脱颖而出的充分能力。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：UCD3138A 用于隔离电源的高集成度数字控制器 数据表.pdf

UCD3138A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，该回路由一个专用误差模数转换器 （EADC）、一个基于 PID 的 2 极点 2 零数字补偿器和具有 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 14 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 DPP 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、自动模式切换、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作，以及其他一些功能。该器件优化了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 半桥和全桥的拓扑支持。

UCD3139A 是 UCD3138A 数字电源控制器的功能变体，与UCD3138设备相比有重大改进。

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 零位可配置
  • 非线性控制
• 带和不带预偏置的软启动和软停止
• 快速输入电压前馈硬件
• 与 UCD7138 同步整流器驱动器配合使用的同步整流器死区时间优化外设
• 高达 16 MHz 误差的模数转换器 （EADC）
  • 可配置分辨率低至 1 mV/LSB
  • 自动分辨率选择
  • 高达 8× 过采样
  • 基于硬件的平均（高达 8×）
  • 具有 4 位抖动的 10 位有效 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 频率和相位分辨率
  • 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
  • Phase-Shift Modulation
  • 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
  • 频率调制和相移调制
• 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
• 初级侧电压感应
• 铜迹线电流感应
• 磁通量和相电流平衡
• 当前共享总线支持
  • Average 或 Master and Slave
• 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
  • 外部故障能力
  • 10 个数字比较器
  • 可编程消隐时间
• 多个 UCD3138A 设备之间的 DPWM 波形同步
• 14 通道、12 位、267ksps 通用 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 31.25MHz、32 位 ARM7TDMI-S 处理器
  • 32 KB 程序闪存
  • 2 KB 数据闪存，带 ECC
  • 4 KB 数据 RAM
  • 通过 PMBus 或 UART 在现场进行固件引导加载
• 通信外围设备
  • PMBus
  • 1 串
• UART 自动波特率调整
• 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
• 调试接口
  • 带 JTAG 接口的 Code Composer Studio
  • Fusion Digital Power Designer GUI 支持

参数

方框图

1. 产品概述

• ‌产品名称‌：UCD3138A
• ‌类型‌：高集成度数字控制器，专为隔离电源设计
• ‌核心处理器‌：基于32位ARM7TDMI-S™RISC微控制器
• ‌主要特点‌：支持多达3个独立反馈环路控制，具有高精度ADC、DPWM输出、多种保护功能和通信接口

2. 应用领域

• ‌电源供应‌：适用于电信整流器、功率因数校正（PFC）等
• ‌隔离DC-DC模块‌：提供高性能和集成度，减少解决方案组件数量

3. 功能描述

• ‌自动模式切换‌：支持频率调制、相位调制和脉冲宽度调制之间的平滑切换
• ‌同步整流器死区优化‌：通过UCD7138同步整流器驱动器优化死区时间
• ‌高效轻载管理‌：包括突发模式、理想二极管仿真和同步整流器软开关功能
• ‌初级侧电压感测‌：实现高效的电压控制和保护

4. 电气特性

• ‌工作温度范围‌：-40°C至+125°C
• ‌供电电压‌：3.3V（数字核心和I/O）
• ‌内部振荡器频率‌：240MHz至260MHz
• ‌闪存和RAM‌：32KB程序闪存、2KB数据闪存（带ECC）、4KB数据RAM

5. 封装与尺寸

• ‌封装类型‌：64引脚QFN（9mm x 9mm）和40引脚QFN（6mm x 6mm）

6. 文档支持

• 提供详细的数据表、应用曲线、布局指南、设计支持文档和相关链接
• 包括数字电源外设程序员手册、监控和通信程序员手册、ARM和数字系统程序员手册等

7. 注意事项

• 在设计电路时，需特别注意热设计和电磁兼容性（EMC）
• 使用推荐的外部元件和布局指南以获得最佳性能
• 确保在所有操作条件下不超过绝对最大额定值