UCD3138 數字電源控制器

　　UCD3138數字電源控制器系列主要用于簡化和提高電源設計，并最大限度地增加設計靈活性。UCD3138控制器包含多個硬件外設，這些外設可以與集成型ARM處理器協同工作。傳統的基于MCU的解決方案要求快速、復雜的計算來穩定控制環路，但UCD3138處理器從不直接參與控制環路補償。反之，一旦配置完成，多個硬件外設自主運行來控制電源轉換器。這個方法使得UCD3138處理器能夠專注于處理其它對時間要求嚴格的內務和/或通信任務。當需求增加時，ARM處理器完全能夠與控制環路進行交互并采取相應的操作。借助于UCD3138控制器，在與MCU保持協調一致的前提下，通過使硬件外設自主運行，可簡化總體設計。

　　UCD3138控制器的內核是數字控制環路外設，也被稱為數字電源外設 （DPP）。每個DPP執行一個高速數字控制環路，此環路由一個專用高速2MHz誤差模數轉換器 （EADC）、一個基于比例-積分-微分 （PID） 的2極/2零數字比較器和具有250ps脈寬分辨率的數字PWM輸出組成。在這個經簡化的配置中，每個環路均具有一個專用ADC和可配置數字濾波器來計算控制值。然后，這一控制值被轉化為高分辨率數字輸出，以支持PWM、脈沖頻率調制 （PFM） 或相移調制系統配置。提供的3組外設在配置完成后自主運行，并同時控制3個獨立的反饋環路。可配置數字濾波器具有多組系數，可針對不同的功率響應需要進行選擇。

　　這個器件系列的架構的簡單性還體現在固件開發方面。DPP的配置簡單直接，將位值分配給特定預先定義的寄存器即可完成。 UCD3138控制器不需要復雜的代碼開發來連續計算復雜的數學轉換函數。某些數字電源設計需要工程師進行大量繁瑣的練習，為不同的任務拆分和分配計算資源，以驗證所選擇的MCU足以滿足應用的需要。UCD3138控制器系列用其精簡的處理器開銷需求打消了這些顧慮，從而得到一個針對電源應用進行良好優化的器件。

　　UCD3138器件可通過諸如PMBus或其它的數字通信接口進行設定。這些資源已經針對高性能電源設計進行了優化，并且其中的很多資源是高度可配置的，可以滿足廣泛的需要，這使得UCD3138系列成為很多行業應用的理想選擇，包括網絡基礎設施、工業和汽車應用等。

　　由于是一款高度集成的數字電源控制器，UCD3138器件免除了對于電源設計中單個芯片的需要，從而降低了電源成本并減小了電源尺寸。UCD3138控制器系列特有集成電源管理和電力轉換能力，能夠支持排序、軟啟動/停止等功能以及其它管理任務。PMBus的所有命令以及定制命令被支持用于有效電源管理功能。峰值電流模式控制由集成斜坡補償電路完成。UCD3138控制器系列集成了幾個模擬功能，以提供實時監視和響應。這一功能劃分優化了數字控制器件的速度和功率需求。這些特性提供包括過壓、欠壓和過流保護等保護功能。一個集成型溫度折返特性在功率級溫度超過安全水平時，可在無需完全關閉電源的情況下減少電流。MCU還能提供許多其他服務，典型例證就是支持運行中的固件升級。這是指在將電源固件升級和指定到一個更新版本的同時無需中斷電源運行 ［1］。UCD3138064（＄5.5012）器件采用一種雙組存儲器架構，在對其中一組存儲器編程的同時，支持另外一組存儲器的執行。借助由專用外設管理的關鍵電源控制和保護功能，MCU能夠將其帶寬專門用于將新的固件導入至冗余段，驗證寫入的有效性，然后實現之前固件版本到較新版本的適時切換。

　　開發工具

　　TI的融合數字電源設計工具 （Fusion Digital Power Designer） 提供一個具有直觀圖形化用戶界面 （GUI） 的高效開發環境。Fusion GUI能夠配置一個UCD器件的普通工作特性并監視其性能。它由一個通用串行總線 （USB） 適配器，通過PMBus連接至電源控制器。此外，提供的經測試以及可重新配置的軟件塊大大加快了代碼開發。用于代碼開發的TI Code Composer Studio IDE具有使快速啟動更加便捷的現成可用項目模板。針對不同特定類型的電源或功能的多種成本有效EVM，將通過促進直接原型機設計和實驗來加快電源開發。圖2中顯示的是這些模塊中的一個示例。

　　圖2. 基于UCD3138數字控制器的1/8磚型隔離式DC/DC電信電源模塊

　　應用

　　UCD3138數字電源控制器系列是一款混合產品，在具有專門用于電源設計的片上功能性的同時，還有可編程數字處理、可配置模擬與數字外設所特有的靈活性。電源專用和靈活資源的獨特混合屬性使得UCD3138器件能夠支持多種應用，其中包括服務器電源、電信整流器、隔離式DC/DC電源模塊、工業用AC /DC轉換器以及為高性能PFC供電的汽車電源、AC/DC轉換器、隔離式DC/DC電源系統、電信系統電源、整流AC/DC電源和視頻通信系統。還有針對普通隔離式電源拓撲的參考解決方案，諸如AC/DC升壓PFC、諧振LLC、相移和硬件開關全橋、以及正激有源鉗位。

　　用例分析

　　由于其低引腳數量、小型封裝尺寸和成本有效性，UCD3138電源控制器已經在諸如無線基站基帶裝置、遠程射頻器件和微型基站等電信開關和無線通信設備的電源中被廣泛采用。這些系統中的電源被稱為“磚型”，確保了功率密度，這成為UCD3138數字電源控制器的一大優勢。