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多模高频PWM控制器UCC39421/2及其应用

作者:时间:2004-12-06来源:网络收藏
摘要:是高效。文章简要介绍了的功能特点,详细论述了的构成原理及引脚功能,给出了UCC9421/2方法及电路。

关键词: 控制 DC/DC变换 UCC39421/2

1 UCC39421/2的功能特点

UCC39421/2是一种高效低功率DC/DC转换器。它在很宽的工作电源下具有很高的效率,并可提供编程上电复位功能,该芯片带有独立的低压检测比较器,同时具有脉冲调制、限流和低电流关断(5μA)功能,可广泛于蜂窝电话、录呼机、PDAs以它手持设备中。

UCC39421/2具有以下特点:

*采用高效升压单端初级电感控制,SEPIC或回扫(反向升压)拓扑结构,输入电压既可高于也可低于输出电压;

*输入电压低(最小为1.8V);

*能驱动外部FETs以获得较大电流;

*具有高达2MHz的振荡频率;

*可同步操作;

*具有可编程变频模式,可优化功率和效率;

*具有脉冲调制限流功能;

*功耗极低,睡眠模式下的供电电流为150μA,关断模式下的供电电流仅为5μA。

图1 UCC39421/2结构方框图

2 构成原理及引脚功能

2.1 构成原理

UCC39421/2内部由电荷泵电路、振荡器、导通控制电路、PWM电路、限流控制电路、低功率模式控制电路、斜率补偿电路、PFM模式控制电路、误差放大器、电池低电压比较器、复位电路、1.24V基准源电路以及比较器和逻辑电路等构成,其内部结构如图1所示。

2.2 封装及引脚功能

UCC39421/2采用双列20/16引脚封装,其引脚排列如图2所示。各引脚功能如下:

COMP:误差放大器输出端。应用时此端与地之间应连接一阻容串联补偿网络;

CHRG:N沟道MOSFET栅极驱动输出。应用时此端可直接与MOSFET栅极相连;

CP:电荷泵输入端。当使用电荷泵时,CP与泵电容相连;不使用电荷泵电路时,CP接GND;

FB:误差放大器反馈信号输入端。应用时此端通常连在VOUT与GND之间的电阻分压器上;

GND:信号地;

ISENSE:电流检测放大器输入;

LOWBAT:比较器输入。当VDET引脚电压高于1.25V时,此端输出为低电平;

PFM:PFM(脉冲频率调制)模式门限编程引脚。将此脚连到FB或VOUT引脚的电阻分压器上可设置PFM的门限。不用此功能时,应将PFM与GND相连;

PGND:控制器功率地;

RECT:同步整流器输出。使用时此脚可与P沟道或N沟道MOSFET的栅极直接相连,亦可通过一个廉价的电阻与MOSFET的栅极相连;

RSEN:同步整流器转换端。在升压模式,此端通过一只1kΩ电阻与二只MOSFET管相连,并与电感的一端相连;在回扫和SEPICF时,此端通过只1kΩ电阻与同步整流器MOSFET的漏极和耦合电感的付边绕组连接处相连;

RSADJ:复位延时电容连接端。使用时从此脚到GND应连一个延时电容(UCC39421无此引脚);

RSEL:同步整流使用N沟道或P沟道MOSFET选择端。当RSEL与GND相连(低电平)时,同步整流器使用N沟道MOSFET;当RSEL与VIN相连(高电平)时,同步整流器用P沟道MOSFET;

RESET:复位信号输出端(UCC39421无此脚);

RT:振荡电阻连接端。应用中,此端到GND之间应连一电阻,以决定内部振荡器的振荡频率。振荡电阻RT与内部振荡器的振荡频率f0之间的关系为:

f0(MHz)=50/RT(kΩ)

SYNC/SD:同步/关断输入。其作用是使控制器的开关频率与内部时钟频率同步或关闭控制器。

VPUMP:电荷泵输出。应用时此脚与地位连接一只1μF电容。

VOUT:控制器输出引脚;

VIN:电源输入引脚。应用时此脚与GND之间应连一只0.1μF的去耦电容;

VDET:低电池电压检测输入端(UCC39421无此引脚)。

3 应用

3.1 拓扑结构与同步整流器

UCC39421/2可用来构成BOOST、Flyback及SEPIC拓扑。此时,该控制器可在Vin=1.8~8V下工作。应用中可根据输入电压和输出电压选择合适的拓扑类型,表1列出了UCC39421/2的VIN、VOUT和拓扑之间的关系。

表1 输入输出电压与拓扑的关系

电池类型电池数目VIN范围VOUT(V)拓扑结构
碱性或镍镉、镍氢21.8V~3.0V3.0V8.0升压
32.7V~4.5V2.5V3.9回扫或SEPIC
4.5V8.0升压
V>8.0非同步升压
锂离子12.5V~4.2V2.5V3.6回扫或SEPIC
4.2V8.0升压
V>8.0非同步升压

UCC39421/2既可驱动N海道MOSFET,亦可驱动P沟道MOSFET同步整流器。当RSEL引脚与GND相连时,RECT脚可为N沟道MOSFET提供驱动输出信号;而当RSEL脚与VIN相连时,RECT脚则为P沟道MOSFET提供驱动输出信号。其拓扑类型、VOUT与同步整流器的关系如表2所列。

表2 拓扑类型、VOUT与MOSFET的关系

拓 扑VOUT(V)同步整流器
升 压3.0V8.0P沟道MOSFET
V4.0N沟道MOSFET
V>8.0非同步升压
回 扫2.5VV3.0N沟道MOSFET
3.0V8.0N沟道MOSFET
SEPIC3.0V8.0P沟道MOSFET

3.2 典型应用电路

图3所示是UCC39422的典型应用电路,图中给出了外围元件的连接关系。对于UCC39421来说,它与UCC39422相比,仅少了一个独立低电池电压检测电路复位电路,其余均相同。

在图3电路中,与UCC39422脚11(VDET)相连的R1、R2构成的电阻分压器的作用是检测电池的低电压。

图5 运用N沟道MOSFET同步整数流器不带电荷泵输入的回扫变换器

3.3 升压变换应用电路

图4是UCC39421用N沟道MOSFET作同步整流器的升压变换器电路。

在图4中,输入电压VIN的范围为1.8V~3.2V,输出电压Vout为3.3V,这与表1所列的升压拓扑模式相符。RSENSE为电流感测电阻,DPUMP、CFLY组成的电荷泵电路可使CFLY上升的充电电压达到VOUT-VDIODE。CPUMP是电荷泵储存电容器。

3.4 回扫变换应用电路

图5所示是UCC39421运用N沟道MOSFET作同步整流器,且不带电荷泵输入的回扫变换电路原理图。图中,L1初次级的匝比为1:1。此拓扑的优点在于VOUT可以高于也可以低于VIN。

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