PWM 控制器 UCC2580的原理和应用

作者：时间：2011-01-20来源：网络收藏

0 引言
UCC2580是专为执行多种有源箝位或同步整流开关变换电路而设计的。它包含了使用固定频率控制的所有必要功能，高效的脉宽调制，还提供了一个辅助开关驱动输出和一个可调的死区时间
（用来辅助开关驱动输出对主开关驱动输出补充）。这项有源箝位技术可以使变压器的工作磁通范围增大，这种技术方案可以减少开关损耗和传导损耗。
1 原理和具体功能实现
图1 是UCC2580 的内部框图，它主要是由振荡器、放大器、输出逻辑和延时电路、保护和软启
动电路组成。它的工作频率由自身振荡电路与外部配置RC 电路产生，同时设置最大占空比，图 2 所示是振荡输入电路、电压前馈及伏秒积限制。电路中振荡输入由引脚 OSC1、 OSC2 完成。将引脚 OSC1，OSC2 通过R1、 R2、 CT相连， CT 通过R1充电，通过 R2放电。工作频率f=1.44/ （R1+R2）伊（CT+27pF）最大占空比=R1/ （R1+R2）输入电压 VIN 通过 R4 和 CR 产生的斜坡电压接到引脚 RAMP后，输入到内部 PWM 比较器作为比较电压，在输出OUT1 为高电平时， CR 充电，当 RAMP 超过 3.3V 时，输出 OUT1 为低电平。这样就限制了绕组的最大伏-秒积，防止变压器的饱和，最大伏-秒积的值为3.3R4CR。UCC2580 的启动是由 VDD、 REF、 LINE、SHTDWN 引脚来完成， VDD 开启有效电平对于UCC2580 -2 和 UCC2580 -4 是 15V，对于UCC2580-1 和UCC2580-3是 9V，关断有效电平都是 8.5V。当 VDD 有效开启后， REF 是精密的5V 参考电压。LINE 开启有效电平是 5V，关断有效电平是 4.5V， SHTDWN 的门限电压 0.5V，低于0.5V有效启动，高于 0.5V电路被关断保护。 LINE和 SHTDWN可用来故障保护，通常将输入电压经分压后接入 LINE 脚，用来监测输入电压，低压保护。用SHTDWN 来监视主开关管电流，当过流产

生，立刻关断保护，停止输出。其它还可以用来输入电压的过压保护，输出电压的过压和过流保护。当 UCC2580启动条件满足后，它是靠 SS 引脚外接对地电容来实现启动，内部的10 滋A 电流源开始对电容充电，使误差比较器的输出逐渐上升，从而使 OUT1 的占空比逐渐增加实现软启动。OUT1和OUT2 是输出信号，如图3是输出信号时序图，在时钟信号 CLK下降沿，辅助开关驱动 OUT2 变为无效，经过DELAY1 延时后，主驱动 OUT1 有效，
当 OUT1 无效后，延时 DELAY2 后， OUT2 有效。延时时间由 DELAY 引脚外接对地电阻阻值决定。DELAY1 的值等于 1.1pF电容与对地电阻值的乘积。而 DELAY2 值则是由内部设定的比值DELAY1/DELAY2 来决定，如图 4所示。误差放大器同相输入端内部接 2.5V， EAIN是反相输入端， EAOUT是输出端，它在内部还接PWM 比较器的反相输入端。通常在 EAIN 和EAOUT 之间要接补偿网络，通常把输出电压经过TL431 和光藕反馈到EAIN。
信号地 GND 是所有信号的参考点，引脚PGND是输出驱动的共地，通常把 PGND 和 GND连接一起。

2 应用
图5 所示是一个利用UCC2580-4 设计的有源箝位单端正激变换电路。输入为直流80~400V，通过对 R1、 R2、 CT 参数选取 R1=30.1k赘， R2=10k赘，CT=150 pF，可得 CLK信号的频率为 202 kHz，最大大占空比约为75%。选R6=9.09k赘、 R5=150k赘，这样当输入电压小于80V，分压电压低于4.5V，则UCC2580 关断输出。 T3 是电流互感器，用来监视主电流大小，选取适当匝数比，在副边回路中通过V5 整流后，通过对 R20 取样电压和某参考电压值比较，输出高低电平信号来决定 SHTDWN 引脚是否大于 0.5V，允许主电流最大值取决于 T3 匝数比， R20 的大小和参考电压的大小。这里的 VDD和+12V 上拉电源可以通过 TOP210PFI 电源芯片
来同时提供两路辅助电源。当满足芯片开启条件后， UCC2580 输出OUT1和 OUT2 信号。为避免主开关管 S1 和S2 以及 S3同时开关，要选取适合的 DELAY1 和 DELAY2，可选用 R3 为 510赘，则 DELAY1 为 500 ns， DELAY2 为700 ns。
OUT1 信号控制主开关管 S2、 S3 通断来实现对输入电压的斩波。高频变换电路工作过程主要如下：在 OUT1 为高电平期间内， T1 的原边线圈绕组储存能量，并传输到副边线圈绕组，通过处于正向偏压的D6，把能量储存在电感 L1 中，此时 D7 是反向偏压，截止。当 OUT1 转为低电平， S2、 S3 截止，此时 D7 是正向偏压， L1 的能量继续提供负载，经过延时 DELAY2 后， OUT2 转为高电平， S1 导通， T1 的原边线圈绕组里的能量释放，对 C3、 C4 充电，充电完成后C3、 C4 开始放电直到 T1 的原边线圈又开始对 C3、 C4 反向充电为止，（S1 导通的时间要保证这个过程完成）当 OUT2 转为低电平后， S1 截止，经过延时 DELAY1 后， OUT1 转为高电平。
主输出驱动电路有快

速放电保护电路，具体工作流程如下： OUT1 为高电平时， S4 导通， S2、 S3 的栅-源极电压为高电平，栅-源极电容开始充电，S2、 S3 导通， T1 的原边线圈充电，当 OUT1 转为低电平时， S4 截止，栅-源极电容开始逐步放电（当电容两端值大于D1 管压降和S5 的正偏管压降之和时，通过S5 放电，当电容值小于S5 的正偏管压降时，
通过R12 放电）。辅助输出驱动电路具体工作状态分析如下： OUT2 输出为高电平， S6 导通， C11 充电，
T2 的原边线圈充电。OUT2 转为低电平时， S6 截止，C11 放电， S7 导通。T2 的副边与初级同相，稳压管
D3、 D4 用来箝位电压， S8、 S9 用来快速开关 S1。当OUT2 为高电平时， C1、 C2 充电， D6 导通， S8 导通， S9截止， S1 导通。OUT2 转为低电平时， S8 截止， C2 放电， D6 截止， S9 导通， C1 放电， S1 截止。

3 结语
UCC2580 PWM 控制器具备自身能产生固定高频信号，两路输出驱动信号的可编程延时可以减少开关电源中开关管的应力，在输入电源和输出电压出现各种故障情况时进行保护中断等功能的特点，所以适合在高频变换电路中与高频变压器配合使用。

参考文献
1]国 TEXAS INSTRUMENTS. Single Ended Active Clap/
Reset PWM 控制器技术手册[Z]. 2005.
作者简介
颜魏伟，男，工程师，主要从事开关电源的设计与应用
工作。