UCD3040 具有 4 个反馈环路和 8 个 DPWM 输出的完全可编程数字电源控制器数据手册

UCD30xx 器件是德州仪器 （TI） 数字 PWM 控制器系列的成员，为数字电源转换应用提供单芯片控制解决方案。这些器件允许对高性能、高频电源进行数字控制，并灵活配置参数、监控、监控和通信功能。

UCD30xx 是完全可编程的解决方案，可配置为支持单相或多相配置中的各种隔离和非隔离拓扑。一些示例包括交错式 PFC、隔离正激、半桥、相移全桥、有源钳位和谐振 LLC。
*附件：ucd3040 数字电源控制器数据表 .pdf

UCD30xx 控制器的核心是数字控制回路外设，也称为 Fusion 数字电源外设 （FDPP）。每个 FDPP 都实现了一个高速数字控制回路，包括一个专用误差模数转换器 （EADC）、一个三极点/三个零点 （3p， 3z） 数字补偿器和两个脉宽分辨率为 250 ps 的 DPWM 输出。该器件还包含一个 12 位、200ksps 通用 ADC，具有多达 15 个通道、定时器、中断控制以及 PMBus、SCI 和 SPI 等通信端口。该设备基于 32 位 ARM7 RISC CPU，可执行实时监控、配置外围设备和管理通信。CPU 从可编程闪存和 ROM 中执行其程序。

特性

• 对多达 4 个电压反馈环路进行数字控制
• 多达 8 个高分辨率数字脉宽调制 （DPWM） 输出，支持各种离线、隔离和非隔离 DC-DC 拓扑
  • 250ps DPWM 脉宽分辨率
  • 4ns DPWM 频率分辨率
  • DPWM 输出之间的可调相移
  • 每个 DPWM 对之间的可调死区
  • 高电平有效或 -低 DPWM 极性
  • 高达 2MHz 的 DPWM 开关频率
• 每个反馈回路专用的高速误差模数转换器 （EADC），感应分辨率高达 1 mV
• 片上 10 位 D 和 A 转换器 （DAC），用于设置 EADC 参考电压
• 专用硬件加速数字补偿器或控制律加速器 （CLA）
  • 三极、三零可配置补偿器
  • 特性非线性数字控制
  • 多个可编程系数寄存器，用于自适应数字补偿
• 高达 15 通道、12 位、200ksps 模数转换器 （ADC）
• 多级故障保护
  • 4 个高速模拟比较器
  • 外部故障输入
  • 12 位 ADC
• 可针对电压模式、平均电流模式和谐振模式进行配置
• 允许在多个 UCD3040、UCD3020 和 UCD3028 （UCD30xx） 器件之间同步 DPWM 波形
• 可调节的 DPWM 脉冲宽度支持多相应用中的电流平衡。
• 高性能 31.25 MHz、32 位 ARM7 处理器
• 32 KB 程序闪存和 2 KB 数据闪存，带纠错码 （ECC）
• 4 KB 数据 RAM
• 4 KB 引导 ROM
• 通信外围设备
  • PMBus
  • 串口
  • SPI 系列
  • JTAG （在 UCD3028 中不可用）
• 单电源解决方案：内部稳压器控制外部调整管元件
• 内部温度传感器
• 最多 5 个附加定时器
• 内置看门狗、BOD 和 POR
• 80 引脚 QFP （PFC）、64 引脚 QFN （RGC）、48 引脚 QFN （RGZ） 和 40 引脚 QFN （RHA 和 RMH） 封装产品
• 工作温度范围：–40°C 至 125°C
• 应用
  • 隔离式 AC-DC 和 DC-DC 电源
  • 功率因数校正
  • 非隔离式 DC-DC 电源

参数

一、产品概述

• ‌产品系列‌：UCD30xx系列数字电源控制器
• ‌型号‌：UCD3040、UCD3028、UCD3020
• ‌核心处理器‌：基于32位ARM7 RISC CPU，运行频率为31.25 MHz
• ‌应用领域‌：适用于各种数字电源转换应用，包括AC-DC和DC-DC电源、功率因数校正（PFC）等

二、主要特性

• ‌控制模式‌：支持电压模式、平均电流模式和谐振模式
• ‌ 数字脉冲宽度调制（DPWM） ‌：
  • 高达四个电压反馈环路
  • 高达八个高分辨率DPWM输出
  • DPWM脉冲宽度分辨率达250 ps
  • DPWM频率分辨率达4 ns，最高可达2 MHz
• ‌通信接口‌：
  • PMBus接口，支持SMBus和I2C协议
  • UART接口，支持SCI协议
  • SPI接口
  • JTAG接口（仅限UCD3040）
• ‌ 模拟-数字转换器（ADC） ‌：
  • 12位ADC，采样速率高达200 ksps
  • 多达15个通道，用于监测电压、电流和温度等
• ‌数字补偿器‌：三极点三零点（3p/3z）数字补偿器，支持非线性控制
• ‌保护和监控功能‌：包括过压保护、过流保护、欠压锁定、热关断、看门狗定时器等

三、引脚配置与封装

• ‌引脚数量‌：
  • UCD3040：80引脚QFP封装和64引脚QFN封装
  • UCD3028：40引脚QFN封装（RHA和RMH）
  • UCD3020：48引脚QFN封装（RGZ）和40引脚QFN封装（RHA和RMH）
• ‌主要引脚功能‌：
  • ADC输入引脚：用于连接外部模拟信号进行监测
  • DPWM输出引脚：用于驱动外部功率开关
  • 故障输入引脚：用于接收外部故障信号
  • 通信接口引脚：包括PMBus、UART、SPI和JTAG引脚

四、电气特性

• ‌供电电压‌：3.3V数字核心供电和模拟供电
• ‌工作温度范围‌：-40°C至125°C
• ‌ADC性能‌：
  • 分辨率：12位
  • 转换时间：4.625 μs
  • 积分非线性（INL）：±4 LSB
  • 微分非线性（DNL）：±2 LSB
• ‌DPWM性能‌：
  • 分辨率：250 ps（脉冲宽度）和4 ns（频率）
  • 同步输入/输出功能，支持多设备同步

五、功能描述

• ‌数字控制环路‌：每个FDPP（Fusion Digital Power Peripheral）包含一个误差ADC、数字补偿器和DPWM模块，实现高精度的数字电源控制
• ‌非线性控制‌：通过可编程的非线性增益表，实现更精确的控制效果
• ‌故障保护和监控‌：实时监测电源系统的各种参数，如电压、电流和温度，提供全面的故障保护功能
• ‌灵活的通信接口‌：支持PMBus、UART、SPI和JTAG等多种通信协议，方便与系统其他部分进行通信和控制

六、应用信息

• ‌典型应用‌：包括隔离和非隔离的DC-DC转换器、PFC电路等
• ‌设计指南‌：提供了详细的设计步骤和外部组件选择指南
• ‌参考设计‌：包括多个典型应用电路，方便用户快速设计和验证电源系统