UCC28780自适应零电压开关有源钳位反激式控制器

UCC28780是一款高频有源钳位反激变换控制器，可用来设计高功率密度的AC-DC电源，符合严苛能耗标准，比如DoELevelVI和EUCoCV5Tier-2。

有用过此芯片的工程师也经常提问到，有没有更快更好的方式调试和使用好该芯片呢？下面和小编一起认识下UCC28780吧！

UCC28780基础认识

作为TIHVP系列里的新生代，UCC28780具有以下几个优势：

1.控制算法可编程，可以用来优化算法去驱动SiMOSFET和GaNFET。

2.可驱动GaNFET和driver集成器件，效率更高。

3.宽输入范围内通过自动调整技术，死区时间优化和可变开关频率控制算法来实现ZVS(零电压开关)。

4.基于输入输出变化，自适应多模式控制，降低可听到的噪声，提高效率。

5.高达1MHz的可变开关频率使得外部无源器件尺寸更小，提高功率密度。

6.可用在机顶盒，笔记本，台式机电源，USBPD，快充等。

7.与带漏源电压检测功能的同步整流控制器共同工作，就能达到更高的转换效率。

典型应用

芯片内部简化框图

UCC28780深入了解

■丰富、简单的Pin脚定义和设置

UCC28780有16个pin脚，提供SOIC和WQFN两种封装形式供工程师选择，设置了丰富而又简单设置的Pin脚，来调节和优化有源钳位反激方案的参数。

比如下面几个Pin脚：

Bur：连接外部分压电阻设置轻载下的burst模式下的电平，调节峰值电流

CS：低端FET电流检测，检测和控制每个周期的峰值电流

NTC：通过负温度系数电阻，进行温度检查和保护

RTZ：连接外部电阻调节自适应的过渡到零延迟

SET：用来设置外部FET是GaN还是Si器件，控制器会选择相应优化算法

SWS：通过network与SWNode相连来检测FET上电压从而达到ZVS控制

■多种运行模式，提高效率

在不同的输入电压和输出功率下，内置四种运行模式来提高效率，降低损耗。

自适应幅度调制模：在重载下调初级整峰值电流；

自适应间歇振荡模式：在中低负载范围内调节每个脉冲群的脉冲数量；

低功率模式：降低脉冲群的两个脉冲的初级峰值电流；

待机功率模式：在无负载时通过降低突发群的频率降低系统损耗；

表一

整个负载范围内的控制法则

UCC28780独特的间歇振荡模式控制在有源钳位反激中提高了轻载时的效率，同时降低了常规间歇振荡模式的缺点：输出纹波和可听噪声。集成了保护特性来达到最大限度的可靠性，比如软启动，输入电压保护，过温保护，输出过压保护，输出过载保护，过流以及输出短路等。

■带自动调整的自适应ZVS(零电压开关)控制

我们以下面的框图来了解一下UCC28780的ZVS控制。

高电压检测网络从开关节点电压(Vsw)处给SWSpin脚提供电压。

ZVS鉴别器识别是否达到了ZVS要求，判断调整PWMH的导通时间(tDM),通过检测Vsw电压是否达到了预定的ZVS阈值(VTH(SWS))，图中tz为目标零电压转换时间，由内置PWMHtoPWML死区时间优化器控制。

自适应ZVS控制框图

虚线为当前开关周期波形，Vsw电压值还没有达到阈值ZVS阈值(VTH(SWS))，ZVS鉴别器发送一个调整信号增加tDM时间用在下一个开关周期，在图中以实线表示。

磁化电流增加，使得下一个周期的Vsw比上一个周期的Vsw电压更低，在同样tz的时间下能够达到ZVS阈值(VTH(SWS))。

这样在一些开关周期后，tDM优化器将电路设置和锁定到零电压开关状态。稳定后，对tDM进行微调，幅度为一个LSB（最低位），这么小的微调不会影响电路状态。

如下图所示，ZVS控制非常快，在15个开关周期内既能将电路锁定在ZVS状态运行，ZVS调整环路锁定和微调一个LSB。在ZVS锁定前由于tDM时间不够长，反向激励电流IM-不足，UCC28780以谷底开通模式启动。

自适应ZVS控制的自动调整过程

■死区时间优化

芯片控制两个死区时间，不仅控制tz(上管关闭到下管导通)时间，同时控制tD(PWML-H)(下管关闭到上管导通)时间。

对于不同的FET器件（GaN和Si）控制算法不一样。

通过对SETpin脚进行设定：

当VSET=0V时，ACF应用使用GaN功率FET器件(寄生参数较SiMOSFET小很多)，Vsw的压摆率很高，所以固定增加一个40nS的延迟导通。

当VSET=5V时，ACF应用使用Si功率MOSFET，由于MOSFET寄生参数Coss会随着MOSFET漏源电压VDS反向非线性变化，Vsw电压会有一个斜坡上升过程，所以控制器会对辅助绕组电压进行过零检测(ZCD)，在此基础上增加50nS延迟再开通上管。

该控制算法对死区时间可逐周期调整，避免上管硬开通的同时，快速开通上管减少了上管的体二极管导通时间。

使用GaN和SiFET优化tD(PWML-H)控制

UCC28780实测性能

90V~264V通用电压输入，输出20V,2.25A，使用GaNFET和同步整流UCC24612，使用该芯片进行有源钳位反激(ACF)拓扑设计，测试结果如下：

满载效率VS输入电压

效率VS负载

输出纹波电压(115V输入、2.25A输出)

纹波电压(115V输入、0.9A输出)

负载瞬态相应（115V输入，0A到2.25A负载切换）

在不同输入电压下满载高达93%以上的效率，符合严苛的能源标准：DoELevelVI和EUCoCV5Tier-2等。纹波电压满载时低至30mV，0.9A负载时低至43.6mV，以及良好的负载瞬态相应。这些都说明了UCC28780在有源钳位反激拓扑下优异的性能，值得大家重点关注。