UCD3138128A 用于隔离电源的高度集成数字控制器数据手册

UCD3138xA 是德州仪器 （TI） 的一款数字电源控制器，可在单芯片解决方案中提供卓越的集成度和性能。UCD3138128A 提供 128 kB 的程序闪存，而 UCD3138A 为 32 kB。它还提供了额外的通信选项，例如 SPI 和第二个 I^2^C/PMBus 端口。多个 32 kB bank 中的程序闪存的可用性使设计人员能够在器件中实现固件的双映像（即一个主映像 + 一个备份映像），并提供使用适当算法从任一 bank 执行的选项。它还为处理器创造了独特的机会，可以在不中断电力输送的情况下加载新程序并随后执行该程序。此功能允许最终用户在现场为电源添加新功能，同时消除加载新程序所需的任何停机时间。

UCD3138xA 系列的灵活性使其适用于各种电源转换应用。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。UCD3138xA 系列是一款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，并为许多解决方案提供充足的灵活性。同时，TI 致力于通过提供一流的开发工具（包括应用固件、Code Composer Studio）来简化客户的开发工作^TM^软件开发环境，以及 TI 的 Fusion Power Development GUI，使客户能够配置和监控关键系统参数。
*附件：UCD3138128A 用于隔离电源的高集成度数字控制器 数据表.pdf

控制器的核心是数字电源外设 （DPP）。每个 DPP 都实现了一个高速数字控制回路，包括一个专用的误差模数转换器 （EADC）、一个基于 PID 的 2 极点 - 2 零点数字补偿器和具有 250 ps 脉宽分辨率的 DPWM 输出。该器件还包含一个 12 位、539 ksps 通用 ADC，具有多达 15 个通道、定时器、中断控制、PMBus、I^2^C、SPI 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、LLC 和相移全桥模式切换、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、磁通量平衡、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、 以及其他几个功能。拓扑支持已针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、有源钳位正激转换器、双开关正激转换器以及 LLC 半桥和全桥进行了优化。

UCD3138128A 是 UCD3138 数字功率控制器的功能变体，与UCD3138相比有重大改进。有关在UCD3138128A中所做的完整更改的描述，请参阅 UCD3138128A 迁移指南。主要改进包括：通用 ADC 经过改进，在极端低温 （–40°C） 下具有更好的精度和性能。UART 外设已经过修改，包括基于硬件的自动波特率调整功能。添加了一个新的 Synchronous Rectifier Dead Time Optimization 硬件外设。优点包括： 提高效率 降低同步整流器电压应力缩短开发周期增加了占空比读取功能，以改善在峰值电流模式下的使用。

特性

• UCD3138xA 系列的 128 kB 程序闪存衍生产品
  • 4-32 kB 程序闪存存储体
  • 支持从 1 个 SoundBank 执行，同时对另一个 SoundBank 进行编程
  • 能够在不关闭电源的情况下更新固件
  • 与 UCD3138xA 相比的额外通信端口（+1 个 SPI，+1 个 I2C）
  • 基于引导闪存的双内存映像支持“动态”固件更新
• 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
• 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
• 高达 16 MSPS 的误差 A/D 转换器 （EADC）
  • 可配置分辨率（最小值：1 mV/LSB）
  • 高达 8 倍的过采样和自适应样品定位
  • 基于硬件的平均（高达 8 倍）
  • 14 位有效基准 DAC
• 多达 8 个高分辨率数字脉宽调制 （DPWM） 输出
  • 250 ps 脉宽分辨率
  • 4 ns 频率和相位分辨率
  • 可调相移和死区
  • 逐周期占空比匹配
  • 高达 2 MHz 的开关频率
• 可配置的尾随/前导/三角调制
• RTC 支持
• 外部晶振接口
• 可配置的反馈控制
  • 电压、平均电流和峰值电流模式控制
  • 恒流、恒功率
• 可配置的 FM、相移调制和 PWM
• 快速、自动和平稳的模式切换
  • 频率调制和 PWM
  • 相移调制和 PWM
• 高效率和轻负载管理
  • 突发模式和理想二极管仿真
  • 同步整流器软开/关
  • 低 IC 待机功率
• 初级侧电压感应
• 当前份额 （Average 和 Master/Slave）
• 功能丰富的故障保护选项
  • 7 个模拟 / 4 个数字比较器，
  • 逐周期电流限制
  • 可编程消隐时间和故障计数
  • 外部故障输入
• 多个 UCD3138x 器件之间的 DPWM 波形同步
• 15 通道、12 位、539 ksps 通用 ADC
• 内部温度传感器
• 完全可编程高性能 31.25 MHz、32 位 ARM7TDMI-S 处理器
  • 128 kB 程序闪存（4-32 kB 库）
  • 带 ECC 的 2 kB 数据闪存
  • 8 kB 数据 RAM
  • 8 kB 引导 ROM 启用固件引导加载
• 通信外设，
  • 2 - 我^2^C/PMBus 接口
  • 2 个 UART，1 个 SPI
• UART 自动波特率调整
• 具有可选输入引脚的定时器捕获
• 80 引脚 QFP 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

• ‌型号‌：UCD3138128A
• ‌类型‌：高集成度数字控制器
• ‌应用‌：适用于隔离电源、电信整流器、功率因数校正（PFC）、隔离DC-DC模块等

2. 主要特性

• ‌高集成度‌：集成128kB程序闪存、2kB数据闪存、8kB数据RAM、32位ARM7TDMI-S处理器
• ‌多通信接口‌：2个I²C/PMBus接口、2个UART接口、1个SPI接口
• ‌ 高精度模数转换器（ADC） ‌：12位539ksps通用ADC，14位有效分辨率参考DAC
• ‌ 高性能数字脉冲宽度调制（DPWM） ‌：高达8个DPWM输出，250ps脉冲宽度分辨率
• ‌多反馈回路控制‌：支持多达3个独立反馈回路，PID硬件加速
• ‌灵活的拓扑控制‌：支持正向、反激、半桥等多种拓扑结构
• ‌高效能管理‌：支持轻载突发模式、理想二极管仿真、同步整流软开关等

3. 功能描述

• ‌同步整流死区优化‌：通过DTC（死区时间控制）接口优化同步整流MOSFET的开关死区时间
• ‌自动模式切换‌：支持自动在多种工作模式间切换，以提高效率和功率范围
• ‌故障保护‌：提供多种故障保护选项，包括过流保护、过压保护、过温保护等
• ‌高精度电流共享‌：支持平均电流共享和主从电流共享模式
• ‌ 实时时钟（RTC） ‌：集成10MHz外部晶振接口，支持实时时钟功能
• ‌灵活的软件更新‌：支持在线固件更新，无需关闭电源

4. 应用信息

• ‌典型应用‌：隔离电源、PFC、DC-DC模块等
• ‌开发工具‌：提供Code Composer Studio集成开发环境、Fusion Digital Power Designer GUI等开发工具

5. 设计支持

• ‌详细设计指南‌：提供详细的设计指南和布局建议，确保最佳性能和稳定性
• ‌布局示例‌：提供PCB布局示例，帮助设计师快速上手

6. 封装与订购信息

• ‌封装类型‌：80引脚TQFP封装
• ‌工作温度范围‌：-40°C至125°C
• ‌订购信息‌：提供详细的订购选项和包装信息