基于數(shù)字電源控制器UCD3138的一種新的輸入電流檢測方法(一)
1 引言
1.1 數(shù)字電源控制器UCD3138 的應用
數(shù)字電源控制器UCD3138 因其自身所具備的良好的前饋功能，通信功能和可編程性等特點，在DC/DC 電源中通常置于副邊側。常見的拓撲方案包括全橋，半橋和LLC 等。圖1 所示的是應用數(shù)字電源(控制器)UCD3138 的硬開關全橋系統(tǒng)框圖。UCD3138 位于副邊側，通過數(shù)字隔離器ISO7420CF完成驅動信號向原邊側的傳遞。
Figure 1. 硬開關全橋系統(tǒng)框圖
1.2 隔離電源拓撲中的電流互感器
圖2 所示的是應用于全橋等拓撲中的電流互感器。其原邊側串入主功率回路，副邊側將按比例(比例系數(shù)為互感器的匝比T)衰減后的電流信息通過與采樣電阻相乘得電壓信息。位于副邊側的控制器UCD3138 通過讀取該電壓信息，可以完成逐周期保護等功能。
互感器副邊側輸出電壓：VT =(Iin÷T)×Rs
Figure 2. 電流互感器應用電路
1.3 輸入電流檢測的原理
圖3 所示意的是電流互感器副邊側輸出端的電壓信號。上下兩組波形是在輸入電壓不同時所對應的輸出。在輸出功率確定后，隨著輸入電壓變高，梯形波的上升沿將變陡，其平均值將變低。
Figure 3. 電流互感器輸出信號
電流互感器輸出端的信號平均值與系統(tǒng)輸入電流的平均值成近似比例關系，因此可以通過讀取電流互感器輸出端的平均值來推算輸入電流。
2 UCD3138 的AFE 模塊和Filter 模塊
2.1 模塊功能概述
UCD3138 的AFE 和Filter 用來完成對輸出電壓誤差的采集，轉換和環(huán)路計算，輸出的數(shù)據(jù)進入到DPWM模塊，最終生成合適的占空比。如圖4 所示。
Figure 4. UCD3138 的AFE 和Filter
在實際應用中，可以用AFE 和Filter 來采集電流互感器輸出端的信號，并最終計算出其平均值。該功能的實現(xiàn)依賴于AFE 和Filter 所具備的如下特點：
1) AFE 中的EADC 具備oversample 功能，可以在一個周期內采集1,2,4,8 個樣本;
2) AFE 對EADC 輸出的數(shù)據(jù)可以進行平均(averaging)，即可以對連續(xù)采集到的2,4,或8 個數(shù)據(jù)做累加，然后除于個數(shù)以得到平均值。
3) Filter 是PID 結構，因此可以只使用累加環(huán)節(jié)(Integration 支路)，從而可以計算出一段時間內的累加和。[!--empirenews.page--]
2.2 EADC 的Oversample
DPWM模塊可以在EADC 模塊中產生采樣觸發(fā)信號，使EADC 完成一次采樣。同時，EADC 還具有多次(2 次，4 次和8 次)采樣的功能。以8 次采樣為例，當EADC 收到DPWM的采樣觸發(fā)信號后， EADC 分別在采樣基準的1/8 處，2/8 處，3/8 處，4/8 處，5/8 處，6/8 處，7/8 處和采樣基準處完成8 次采樣，如圖5 所示。
Figure 5. EADC 的Oversample
2.3 EADC 的averaging
EADC 提供了兩種數(shù)據(jù)平均方式，分別是 連續(xù)方式(consecutive mode)平均和空間方式(spatialmode)平均。圖6 示意的如何對數(shù)據(jù)進行連續(xù)方式平均。其原理就是對連續(xù)采樣的2,4 或8 個數(shù)據(jù)進行累加，然后除于累加的個數(shù)，便得到了平均值。
計算后的平均值將送入到Filter 環(huán)節(jié)。
Figure 6. EADC 的Oversample
2.4 UCD3138 的Filter
圖7 是UCD3138 的filter，基于PID 結構。當只使用I 支路(即累加環(huán)節(jié))，可以對Xn 數(shù)據(jù)進行不斷的累加，累加的結果存儲在KI_YN 寄存器中。而Xn 數(shù)據(jù)就是來自EADC 的輸出。
Figure 7. UCD3138 的Filter 結構
2.5 全流程數(shù)據(jù)處理
當oversample 配置為8 次，EADC 的平均次數(shù)配置為2 次，在2 個周期的時間內KI_YN 寄存器得到的數(shù)據(jù)如下圖8 所示：
1) 每個周期采樣8 個樣本，故2 個周期共采集16 個;
2) 每2 個樣本進行平均，平均后的數(shù)據(jù)進入到累加環(huán)節(jié);
3) 在2 個周期內，KI_YN 寄存器中總共存儲有8×2=16 個樣本的累加和;
Figure 8. 全流程數(shù)據(jù)處理
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