ZHCSDJ8A March 2015  – April 2015 UCD3138A

PRODUCTION DATA. 

  1. 1器件概述
    1. 1.1特性
    2. 1.2 应用范围
    3. 1.3说明
    4. 1.4功能方框图
  2. 2修订历史记录
  3. 3Device Comparison
    1. 3.1Product Selection Matrix
  4. 4Terminal Configuration and Functions
    1. 4.1UCD3138ARGC Package
    2. 4.2UCD3138ARMH Package
  5. 5Specifications
    1. 5.1Absolute Maximum Ratings
    2. 5.2ESD Ratings
    3. 5.3Recommended Operating Conditions
    4. 5.4Electrical Characteristics
    5. 5.5Thermal Characteristics
    6. 5.6PMBus/SMBus/I2C Timing
    7. 5.7Parametric Measurements Information
    8. 5.8Peripherals
      1. 5.8.1 Digital Power Peripherals (DPPs)
        1. 5.8.1.1Front End
        2. 5.8.1.2DPWM Module
        3. 5.8.1.3DPWM Events
        4. 5.8.1.4High Resolution DPWM
        5. 5.8.1.5Oversampling
        6. 5.8.1.6DPWM Interrupt Generation
        7. 5.8.1.7DPWM Interrupt Scaling/Range
        8. 5.8.1.8Synchronous Rectifier Dead Time Optimization Peripheral
    9. 5.9Typical Temperature Characteristics
  6. 6Detailed Description
    1. 6.1 Overview
    2. 6.2 ARM Processor
    3. 6.3 Memory
      1. 6.3.1CPU Memory Map and Interrupts
        1. 6.3.1.1Memory Map (After Reset Operation)
        2. 6.3.1.2Memory Map (Normal Operation)
        3. 6.3.1.3Memory Map (System and Peripherals Blocks)
      2. 6.3.2Boot ROM
      3. 6.3.3Customer Boot Program
      4. 6.3.4Flash Management
    4. 6.4 System Module
      1. 6.4.1Address Decoder (DEC)
      2. 6.4.2Memory Management Controller (MMC)
      3. 6.4.3System Management (SYS)
      4. 6.4.4Central Interrupt Module (CIM)
    5. 6.5 DPWM Modes of Operation
      1. 6.5.1Normal Mode
      2. 6.5.2DPWM Multiple Output Mode
      3. 6.5.3DPWM Resonant Mode
      4. 6.5.4Triangular Mode
      5. 6.5.5Leading Edge Mode
    6. 6.6 Sync FET Ramp and IDE Calculation
    7. 6.7 Automatic Mode Switching
      1. 6.7.1Phase Shifted Full Bridge Example
      2. 6.7.2LLC Example
      3. 6.7.3Mechanism for Automatic Mode Switching
    8. 6.8 DPWMC, Edge Generation, IntraMux
    9. 6.9 Filter
      1. 6.9.1Loop Multiplexer
      2. 6.9.2Fault Multiplexer
    10. 6.10Communication Ports
      1. 6.10.1SCI (UART) Serial Communication Interface
      2. 6.10.2PMBUS
      3. 6.10.3General Purpose ADC12
      4. 6.10.4Timers
        1. 6.10.4.124-bit PWM Timer
        2. 6.10.4.216-Bit PWM Timers
        3. 6.10.4.3Watchdog Timer
    11. 6.11Miscellaneous Analog
    12. 6.12Package ID Information
    13. 6.13Brownout
    14. 6.14Global I/O
    15. 6.15Temperature Sensor Control
    16. 6.16I/O Mux Control
    17. 6.17Current Sharing Control
    18. 6.18Temperature Reference
  7. 7Application, Implementation, and Layout
    1. 7.1Application Information
    2. 7.2Typical Application
      1. 7.2.1Design Requirements
      2. 7.2.2Detailed Design Procedure
        1. 7.2.2.1PCMC (Peak Current Mode Control) PSFB (Phase-Shifted Full Bridge) Hardware Configuration Overview
        2. 7.2.2.2DPWM Initialization for PSFB
      3. 7.2.3DPWM Synchronization
      4. 7.2.4Fixed Signals to Bridge
      5. 7.2.5Dynamic Signals to Bridge
      6. 7.2.6System Initialization for PCM
        1. 7.2.6.1Use of Front Ends and Filters in PSFB
        2. 7.2.6.2Peak Current Detection
        3. 7.2.6.3Peak Current Mode (PCM)
      7. 7.2.7Application Performance Plots
    3. 7.3Layout
      1. 7.3.1Layout Guidelines
      2. 7.3.2Layout Example
    4. 7.4Power Supply Decoupling and Bulk Capacitors
  8. 8器件和文档支持
    1. 8.1器件支持
      1. 8.1.1开发支持
        1. 8.1.1.1工具和文档
        2. 8.1.1.2开发套件
      2. 8.1.2器件命名规则
    2. 8.2文档支持
      1. 8.2.1参考文档
      2. 8.2.2社区资源
    3. 8.3商标
    4. 8.4静电放电警告
    5. 8.5Export Control Notice
    6. 8.6Glossary
  9. 9机械封装和可订购信息
    1. 9.1Via Channel
    2. 9.2封装信息

1 器件概述

1.1 特性

  • 可对多达 3 个独立反馈环路进行数字控制
    • 基于 PID 的专用硬件
    • 支持双极点/双零点配置
    • 非线性控制
  • 带和不带预偏置电压的软启动/停止
  • 快速输入电压前馈硬件
  • 同步整流死区优化外设,可与 UCD7138 同步整流驱动器搭配使用
  • 高达 16MHz 的误差模数转换器 (EADC)
    • 可配置低至 1mV/LSB 的分辨率
    • 自动分辨率选择
    • 高达 8 倍过度采样
    • 基于硬件的取平均值操作(高达 8 倍)
    • 带有 4 位抖动值的 10 位有效数模转换器 (DAC)
    • 自适应采样触发器定位
  • 多达 8 个高分辨率数字脉宽调制 (DPWM) 输出
    • 250ps 脉宽分辨率
    • 4ns 频率和相位分辨率
    • 输出间的可调相移
    • 配对间的可调死区
    • 逐周期占空比匹配
    • 高达 2MHz 的切换频率
  • 可配置的 PWM 边沿运动
    • 后缘调制
    • 前缘调制
    • 三角调制
  • 可配置的反馈控制
    • 电压模式
    • 平均电流模式
    • 峰值电流模式控制
    • 恒定电流
    • 恒定电源
  • 可配置调制方法
    • 频率调制
    • 相移调制
    • 脉宽调制
  • 快速、自动且平滑的模式切换
    • 频率调制和 PWM
    • 相移调制和 PWM
    • 频率调制和相移调制
  • 高效和轻负载管理
    • 突发模式
    • 理想的二极管仿真
    • 同步镇流器软打开/关闭
    • 低集成电路 (IC) 待机功率
  • 初级侧电压感应
  • 铜走线电流感应
  • 磁通均衡和相电流均衡
  • 电流共享总线支持
    • 平均模式或主从模式
  • 特有丰富的故障保护选项
    • 7 个高速模拟比较器
    • 逐周期电流限制
    • 可编程故障输入
    • 外部故障中断功能
    • 10 个数字比较器
    • 可编程消隐时间
  • 多个 UCD3138A 器件间的 DPWM 波形同步
  • 14 通道、12 位、267ksps 通用 ADC
    • 可编程平均滤波器
    • 双采样保持
  • 内部温度传感器
  • 完全可编程的高性能 31.25MHz、32 位 ARM7TDMI-S™ 处理器
    • 32KB 程序闪存
    • 支持纠错码 (ECC) 的 2KB 数据闪存
    • 4KB 数据随机存取存储器 (RAM)
    • 可通过 I2C 或通用异步收发器 (UART) 实现现场固件引导加载
  • 通信外设
    • I2C / 电源管理总线 (PMBus)
    • UCD3138RGC(64 引脚四方扁平无引线 (QFN))上有 2 个 UART
    • UCD3138ARMH(40 引脚 QFN)上有 1 个 UART
  • UART 自动波特率调整
  • 具有可选输入引脚的定时器捕捉功能
  • 多达 5 个附加的通用定时器
  • 内置安全装置:BOD 和 POR
  • 64 引脚和 40 引脚 QFN 封装
  • 40 引脚 QFN 封装(通过 ICP9592A T/C 认证)
  • 工作温度范围:-40°C 至 125°C
  • 调试接口
    • Code Composer Studio™ (带 JTAG 接口)
    • Fusion Digital Power™ 设计人员GUI 支持

1.2 应用范围

  • 电源和电信整流器
  • 功率因数校正
  • 独立的 DC-DC 模块

1.3 说明

UCD3138A 是一款德州仪器 (TI) 数字电源控制器,此控制器在一个单芯片解决方案内提供高集成度和优异的性能。 UCD3138A 灵活的特性使得此器件适用于广泛的电源转换应用。 此外,器件内的多种外设已经过专门优化,用于提升 AC/DC 和隔离式 DC/DC 应用性能并减少信息技术 (IT) 和网络基础设施空间内的解决方案组件数量。

UCD3138A 控制器是完全可编程的解决方案,可以使用户对相关应用实现完全控制,并且能够在同类解决方案中脱颖而出。 与此同时,德州仪器 (TI) 致力于通过提供一流的开发工具来简化用户的开发工作,其中包括应用固件、Code Composer Studio™ 软件开发环境和德州仪器 (TI) 的电源开发 GUI,这使得用户能够配置和监控关键系统参数。

UCD3138A 控制器的核心是数字控制环路外设,也称作数字电源外设 (DPP)。 每个 DPP 实现一个高速数字控制环路,此环路由专用误差模数转换器 (EADC)、基于 PID 的双极点/双零点数字补偿器以及脉宽分辨率为 250ps 的 DPWM 输出组成。 此器件还包含一个 12 位、267ksps 通用 ADC,此 ADC 具有多达 14 个通道、定时器、中断控制、PMBus 以及 UART 通信端口。 此器件基于一个32 位 ARM7TDMI-S 精简指令集计算机 (RISC) 微控制器,该微控制器可执行实时监控、配置外设以及管理通信。 ARM 微控制器从可编程闪存以及片上 RAM 和 ROM 执行其程序。

除了 DPP,该控制器还新增了专用电源管理外设,不仅可在整个工作范围内保持高效率,而且兼具高集成度(可提高功率密度)、高可靠性和最低总系统成本等优点,同时还能够灵活支持大量控制方案和拓扑结构。 此类外设包括: 轻负载突发模式、同步整流、自动模式切换、输入电压前馈、铜走线电流感测、理想二极管仿真、恒定电流/恒定功率控制、同步整流软开启和关闭、峰值电流模式控制、磁通均衡、二次侧输入电压感测、高分辨率电流均流、带预偏置电压的硬件可配置软启动等。 已经针对电压模式和峰值电流模式受控相移全桥、单双相位功率因数校正 (PFC)、无桥 PFC、硬开关全桥和半桥、以及 LLC 半桥和全桥进行了拓扑支持优化。

UCD3138A 是 UCD3138 数字电源控制器的功能变型,相比 UCD3138 具有显著改进。 有关 UCD3138A 中的功能改进的完整说明,请参见《UCD3138A 迁移指南》。 主要改进如下:

    提高了通用 ADC 在极低温度 (-40℃) 环境下的精度和性能。

    UART 外设新增了基于硬件的自动波特率调整功能。

    新增了同步整流死区优化硬件外设。 优势包括:

    • 提高了效率
    • 减小了同步整流电压应力
    • 缩短了开发周期

添加了占空比读取功能,以便改善器件在峰值电流模式下的使用。

器件信息(1)

器件型号封装封装尺寸
UCD3138AVQFN (64)9.00mm x 9.00mm
WQFN (40)(2)6.00mm x 6.00mm
(1) 更多信息请参见Section 9机械封装和可订购信息
(2) 40 引脚 6mm x 6mm x 0.75mm 超薄 QFN 封装,四角带有针对 IPC9592A 温度循环测试进行优化的固定点。

1.4 功能方框图

Figure 1-1 显示器件的功能方框图。

UCD3138A fbd_slusc66.gifFigure 1-1 功能框图
UCD3138A fbd_synchronous_slusc66.gif
Figure 1-2 同步整流外设与同步整流驱动器搭配使用