基于在线软件工具的数字电源UCD92xx反馈环路调试指南

　　摘 要

　　基于UCD92xx 的非隔离数字电源系统由控制芯片和功率级芯片构成。功率级芯片由Mosfet 驱动和功率Mosfet组成，包括独立的Mosfet 驱动（如UCD7232），或者集成Mosfet 的功率级芯片（如UCD7242 和UCD74120等）。通过与UCD92xx 配套使用的在线工具Fusion Digital Power Designer 可以在线调节反馈环路，提高环路调节的效率。本文在一款基于UCD9224 和UCD74120 的数字电源板上演示如何在线调节环路。

　　1、引言

　　设计一款基于UCD92xx 的非隔离数字电源，需要首先选择合适的控制芯片和功率级芯片。当功率级芯片选用UCD74120 时，因其内部集成了驱动器和BUCK 上下管，外围只需增加电感和输出电容即可。然后可以使用在线软件工具对整个电源系统进行配置和调节。

　　1.1 数字电源控制器UCD92xx

　　UCD92xx 是内部集成ARM7 核的非隔离数字电源控制器，可以灵活的配置为多路或多相模式，以UCD9224 为例，可以配置其为双路输出或单路四相并联输出等。 图1 是UCD9224 的内部框图，关键模块包括：

　　● Fusion Power Peripheral：包含输出电压误差的采集，环路补偿及DPWM 的输出等；

　　● ADC 采样模块：包含10 个ADC 接口，用来对外部信息（如温度，电流）和内部信息（温度）进行采集；

　　● Analog Comparators 模块：包含三个模拟比较器，用来完成对过流等故障的快速保护；

　　● ARM-7 模块：包含ARM-7 核，Flash 和晶振等；

　　● PMBUS 模块：通讯接口，用来与上位机进行通信；

　　● 其它：包括SRE 控制等模块，用来控制BUCK 运行于同步整流还是非同步整流模式；

　　图 1：UCD9224 内部框图                                             图 2：UCD74120 内部框图

　　1.2 功率级芯片UCD74120

　　UCD74120 是一款集成了驱动器和BUCK 上下管的功率级芯片，最大输出电流为25A，内部框图如图2。该芯片同时具有电流检测及上报（给UCD92xx）功能，过流保护（输出电流的过流保护和BUCK 上管过流保护），欠压保护，过温保护及故障上报功能（通过FLT 管脚）等。

　　1.3 在线调试软件Fusion Digital Power Designer

　　TI 提供与UCD92xx 配套的在线工具集：Fusion Digital Power Designer，包括offline 模式和online 模式。Offline模式用来离线配置，而online 模式可以在线对UCD92xx 配置和监控。本文涉及的在线环路调节是使用online 模式软件。图3，4，5，6 显示的即为该软件工具的四个主要功能模块。

　　● 配置：如图3，实现对输出电压幅值及过压点/欠压点，上电/下电斜率，输出过流点等的配置；

　　● 设计：如图4，由客户选定主要功率器件及外围元件参数，再由Fusion Digital Power Designer 实现对数字电源环路的配置及模拟仿真；

　　● 监控：如图5，在线对输出电流/电压，输入电压等的实时监控；

　　● 状态：如图6，记录数字电源的各种故障，如过压，过流，欠压等，便于故障定位。

　　图 3：在线工具的配置界面                                                            图 4：在线工具的设计界面

　　图 5：在线工具的监控界面                                                             图 6：在线工具的状态界面

　　1.4 演示环路调试的数字电源板

　　本文在一款基于UCD9224 和UCD74120 的数字电源单板上实际演示环路的调试，包括对应的实测波形。该电源的系统框图如图7 所示，包含了四个功率级，采用交错并联模式输出。系统的规格为：输入电压12V，输出电压1.0V，最大输出电流为80A。

　　图 7：数字电源系统框图