多模高頻PWM控制器UCC39421/2原理及其應(yīng)用

摘要：UCC39421/2是高效多模式高頻PWM控制器。文章簡要介紹了UCC39421/2的功能特點，詳細論述了UCC39421/2的構(gòu)成原理及引腳功能，給出了UCC9421/2控制器的應(yīng)用方法及應(yīng)用電路。

1 UCC39421/2的功能特點

UCC39421/2是一種高效低功率DC/DC轉(zhuǎn)換器。它在很寬的工作電源下具有很高的效率，并可提供編程上電復(fù)位功能，該芯片帶有獨立的低壓檢測比較器，同時具有脈沖調(diào)制、限流和低電流關(guān)斷（5μA）功能，可廣泛應(yīng)用于蜂窩電話、錄呼機、PDAs以及其它手持設(shè)備中。

UCC39421/2具有以下特點：

*采用高效升壓單端初級電感控制，SEPIC或回掃（反向升壓）拓撲結(jié)構(gòu)，輸入電壓既可高于也可低于輸出電壓；

*輸入電壓低（最小為1.8V）；

*能驅(qū)動外部FETs以獲得較大電流；

*具有高達2MHz的振蕩頻率；

*可同步操作；

*具有可編程變頻模式，可優(yōu)化功率和效率；

*具有脈沖調(diào)制限流功能；

*功耗極低，睡眠模式下的供電電流為150μA，關(guān)斷模式下的供電電流僅為5μA。

圖1 UCC39421/2結(jié)構(gòu)方框圖

2 構(gòu)成原理及引腳功能

2.1 構(gòu)成原理

UCC39421/2內(nèi)部由電荷泵電路、PWM振蕩器、導(dǎo)通控制電路、PWM電路、限流控制電路、低功率模式控制電路、斜率補償電路、PFM模式控制電路、誤差放大器、電池低電壓比較器、復(fù)位電路、1.24V基準源電路以及比較器和邏輯電路等構(gòu)成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 封裝及引腳功能

UCC39421/2采用雙列20/16引腳封裝，其引腳排列如圖2所示。各引腳功能如下：

COMP：誤差放大器輸出端。應(yīng)用時此端與地之間應(yīng)連接一阻容串聯(lián)補償網(wǎng)絡(luò)；

CHRG：N溝道MOSFET柵極驅(qū)動輸出。應(yīng)用時此端可直接與MOSFET柵極相連；

CP：電荷泵輸入端。當使用電荷泵時，CP與泵電容相連；不使用電荷泵電路時，CP接GND；

FB：誤差放大器反饋信號輸入端。應(yīng)用時此端通常連在VOUT與GND之間的電阻分壓器上；

GND：控制器信號地；

ISENSE：電流檢測放大器輸入；

LOWBAT：比較器輸入。當VDET引腳電壓高于1.25V時，此端輸出為低電平；

??? PFM：PFM（脈沖頻率調(diào)制）模式門限編程引腳。將此腳連到FB或VOUT引腳的電阻分壓器上可設(shè)置PFM的門限。不用此功能時，應(yīng)將PFM與GND相連；

PGND：控制器功率地；

RECT：同步整流器輸出。使用時此腳可與P溝道或N溝道MOSFET的柵極直接相連，亦可通過一個廉價的電阻與MOSFET的柵極相連；

RSEN：同步整流器轉(zhuǎn)換端。在升壓模式，此端通過一只1kΩ電阻與二只MOSFET管相連，并與電感的一端相連；在回掃和SEPICF時，此端通過只1kΩ電阻與同步整流器MOSFET的漏極和耦合電感的付邊繞組連接處相連；

RSADJ：復(fù)位延時電容連接端。使用時從此腳到GND應(yīng)連一個延時電容（UCC39421無此引腳）；

RSEL：同步整流使用N溝道或P溝道MOSFET選擇端。當RSEL與GND相連（低電平）時，同步整流器使用N溝道MOSFET；當RSEL與VIN相連（高電平）時，同步整流器用P溝道MOSFET；

RESET：復(fù)位信號輸出端（UCC39421無此腳）；

??? RT：振蕩電阻連接端。應(yīng)用中，此端到GND之間應(yīng)連一電阻，以決定內(nèi)部振蕩器的振蕩頻率。振蕩電阻RT與內(nèi)部振蕩器的振蕩頻率f0之間的關(guān)系為：

f0(MHz)=50/RT(kΩ)

SYNC/SD：同步/關(guān)斷輸入。其作用是使控制器的開關(guān)頻率與內(nèi)部時鐘頻率同步或關(guān)閉控制器。

VPUMP：電荷泵輸出。應(yīng)用時此腳與地位連接一只1μF電容。

VOUT：控制器輸出引腳；

VIN：電源輸入引腳。應(yīng)用時此腳與GND之間應(yīng)連一只0.1μF的去耦電容；

VDET：低電池電壓檢測輸入端（UCC39421無此引腳）。

3 應(yīng)用

3.1 拓撲結(jié)構(gòu)與同步整流器

UCC39421/2可用來構(gòu)成BOOST、Flyback及SEPIC拓撲。此時，該控制器可在Vin=1.8～8V下工作。應(yīng)用中可根據(jù)輸入電壓和輸出電壓選擇合適的拓撲類型，表1列出了UCC39421/2的VIN、VOUT和拓撲之間的關(guān)系。

表1 輸入輸出電壓與拓撲的關(guān)系

UCC39421/2既可驅(qū)動N海道MOSFET，亦可驅(qū)動P溝道MOSFET同步整流器。當RSEL引腳與GND相連時，RECT腳可為N溝道MOSFET提供驅(qū)動輸出信號；而當RSEL腳與VIN相連時，RECT腳則為P溝道MOSFET提供驅(qū)動輸出信號。其拓撲類型、VOUT與同步整流器的關(guān)系如表2所列。

表2 拓撲類型、VOUT與MOSFET的關(guān)系

3.2 典型應(yīng)用電路

圖3所示是UCC39422的典型應(yīng)用電路，圖中給出了外圍元件的連接關(guān)系。對于UCC39421來說，它與UCC39422相比，僅少了一個獨立低電池電壓檢測電路復(fù)位電路，其余均相同。

在圖3電路中，與UCC39422腳11（VDET）相連的R1、R2構(gòu)成的電阻分壓器的作用是檢測電池的低電壓。

圖5 運用N溝道MOSFET同步整數(shù)流器不帶電荷泵輸入的回掃變換器

??? 3.3 升壓變換應(yīng)用電路

圖4是UCC39421用N溝道MOSFET作同步整流器的升壓變換器電路。

在圖4中，輸入電壓VIN的范圍為1.8V～3.2V，輸出電壓Vout為3.3V，這與表1所列的升壓拓撲模式相符。RSENSE為電流感測電阻，DPUMP、CFLY組成的電荷泵電路可使CFLY上升的充電電壓達到VOUT-VDIODE。CPUMP是電荷泵儲存電容器。

3.4 回掃變換應(yīng)用電路

圖5所示是UCC39421運用N溝道MOSFET作同步整流器，且不帶電荷泵輸入的回掃變換電路原理圖。圖中，L1初次級的匝比為1：1。此拓撲的優(yōu)點在于VOUT可以高于也可以低于VIN。