用數(shù)字控制電源性能的提高
摘 要：在電源系統(tǒng)中，MOSFET驅動器一般僅用于將PWM控制IC的輸出信號轉換為高速的大電流信號，以便以最快的速度打開和關閉MOSFET。由于驅動器IC與MOSFET的位置相鄰，所以就需要增加智能保護功能以增強電源的可靠性。
UCD9110或UCD9501等新上市的數(shù)字電源控制器需要具備新型的智能型集成MOSFET驅動器的支持。電源設計人員仍然對數(shù)字電源控制技術心存疑慮。他們經(jīng)常將PC的藍屏現(xiàn)象歸咎于軟件沖突。當然，這種爭議會阻礙數(shù)字控制電源以及查找控制器故障期間功率級保護策略的推廣。這推動了不依賴數(shù)字電源控制器信號的具備功率級內部保護功能的MOSFET驅動器的發(fā)展。
圖1：數(shù)字電源的典型實施方案。
圖1是數(shù)字控制電源的典型實施方案。圖中左側數(shù)字電源控制器通常的工作電壓為3.3V。由于控制器設計中采用了數(shù)字低電壓處理方法，出于對穩(wěn)定性及噪聲的考慮，不能直接使用該數(shù)字控制器驅動MOSFET。控制器與功率級之間的接口由MOSFET驅動器提供。通常由MOSFET驅動器接收PWM或數(shù)字控制器的輸出信號，然后將其轉換為適于高效開、關MOSFET的高電流信號。如果控制器信號受到干擾或出錯，則普通MOSFET驅動器將無法提供任何保護功能。TI推出的UCD7K系列MOSFET驅動器將能夠保護功率級免受因干擾驅動信號而導致的重大故障。MOSFET驅動器內置的超高速電流感應比較器提供了功率級保護。圖2為相關結構圖。
圖2：UCD7500 MOSFET驅動器結構圖。
集成的超快速電流限制功能
UCD7K MOSFET驅動器接收到來自數(shù)字控制器的邏輯電平輸入信號，然后將其轉換為±4A的高電流MOSFET柵極驅動信號，并連接至功率級。該驅動器提供了具有可編程閾值及數(shù)字輸出電流限制標記的周期性電流限制功能，主機控制器通過監(jiān)測電流標記，可以選擇合適的算法并得出所需的限流配置參數(shù)(Profile)。當出現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)不能及時針對故障做出響應的情況時(極少發(fā)生)，該項快速(25ns)周期性電流限制保護功能就會關閉功率級。本地過電流保護功能的主要優(yōu)點是，當數(shù)字控制器中的軟件代碼損壞或終止運行時，UCD7K器件能夠對功率級提供保護。如果控制器PWM輸出保持高電流，本地電流檢測電路將在出現(xiàn)過電流情況時關閉驅動器輸出。系統(tǒng)很可能進入重試模式，因為大多數(shù)DSP及微控制器均配備有板上看門狗、掉電復位等監(jiān)控外設，可以在運行不正常時重新啟動器件。但是這些外設的反應速度通常較慢，無法保護功率級不受損壞。UCD7K的電流限制比較器為功率級提供了所需的快速保護功能。
通過在電流限制(ILIM)引腳施加所需的閾值電壓，可在0.25V至1.0V的范圍內隨意設置電流限制閾值。可以使用電阻分壓器或者數(shù)字控制器加數(shù)模轉換器來施加該電壓。在任何情況下，最大閾值電壓已在內部限定為1.0V，而外部電壓設定超過1.0V時無效，這就為D/A轉換器損壞時提供了另一種保護功能。
TrueDrive輸出架構
對于快速開關速度，UCD7K驅動器的輸出使用TrueDrive輸出架構，在開關交換的“米勒”平坦區(qū)期間，該架構向MOSFET的柵極輸入±4A的額定電流。TrueDrive包含由雙極性管和MOSFET管并聯(lián)組成的上拉/下拉電路。
高電壓啟動JFET+精確參考部件號第二位數(shù)字等于或大于5(如UCD7500、UCD7601)的UCD7K系列器件內置有一個110V啟動JFET，可與48V通信總線電壓直接相連而無需外部電阻。JFET在啟動期間提供電流，當偏置繞組連接到VDD引腳得到足夠的工作電流時JFET將禁用。
UCD7K系列器件中還包含精度為1%、電壓為3.3V、電流為10mA的線性穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器在作為參考電壓的同時又為數(shù)字控制器供電。
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