大家好 
我是德州仪器的系统工程师 David 
今天非常高兴和大家继续分享 
TI 双向 DC-DC 变换器拓扑的设计和对比 
今天主要讲解 
双向 DC-DC 变换器的控制部分 
这两种拓扑都是基于 UCD3138 来控制的 
UCD3138 是一个多功能的数字控制芯片 
它由三个硬件数字环路 
和一个基于 ARM7 的控制器组成 
这三个数字环路可以独立运行 
也可以串联运行 
三个环路都带有 14 位的 DAC 参考 
带有多参数设定的 
双极点双零点 PID 滤波器 
UCD3138 有三种控制模式 
脉宽模式 移相模式 以及谐振模式 
对于拓扑可以实现 
恒压恒流和恒功率的控制 
输入电压的前馈和检测 
内部带有斜坡补偿的峰值电流控制 
逐周波限流功能 
八倍过采样或者平均的 EADC 
带有硬件滤波以及 
双重采样保持功能的 12 位 ADC 
可以编辑自动 PWM-LLC 和 
PWM 移相的开关模式 
轻载运行时采用 Burst 模式 
内部集成了铜线的电流检测 
集成了每相的电流检测 
具有八个精度达到 250ps 的 DPWM 
32 位 32 兆的 ARM7 
多通道 12 位 
速度高达 256 ksps 的通用 ADC 
片上集成了欠压关机和复位的功能 
供电采用 3.3V 
片上集成了电源参考和振荡器 
有两个 UART 口和可编程的 PMBus 接口 
最大开关频率可以达到两兆 
频率的分辨率可以达到 4ns 
外部中断以及失效的输入输出 
芯片的工作温度 
范围覆盖标准的 -40 度到 125 度范围 
封装采用 64 pin 或者 40 pin 的 QFN 
节省芯片功耗的功能等等 
以上罗列的 UCD3138 的这些特性 
适合应用于汽车 
以及服务器双向 DC-DC 变换器中 
下面介绍这两种拓扑的控制信号部分 
有三个控制环路 
电流环 12V 电压环 48V电压环 
其中电流环是 4 项电流的和 
当电压达到设定点之前 
变换器工作在恒流模式 
采样每一相电流用于均流 
电流的运行通过数字通信 
或者 ADC 的输入 
对于软开关模式的运行还需要额外的控制 
主要有三点 
第一 轴向负电流的检测 
第二 PWM0 编辑负电流的门槛值 
比较器的输出接到 sink 脚 
第三 sink 脚的信号用于变频控制 
这一页主要介绍多相交错时 
电流纹波和选择相位的关系 
左边这张图可以看到当两相交错时 
电感电流纹波的加和减小了接近一半 
右边这张图列出了选择的相位数 
和电感电流纹波加和的关系 
占空比直接决定了相位数的选择 
我们这个设计的输入输出是 48V 和 12V 
所以从图中可以看到 
选择 4 的倍数时电感的电流纹波的加和最小 
考虑到功率以及成本 
这个设计选用四相交错并联 
下面这张图介绍了具体的 UCD3138 
硬件电路之间的分配 
三个环路包括四相电流的加和 
以及 12V 48V 送到 EADC 
4 对 DPWM口用于控制四相主电路的 
八个开关管 
ADC 采样的信号包括 48V 和 12V 电压 
每一相的电流 pcb板的温度 MOSFET 的温度 
sink 的信号做电平的控制 
以及使能引脚和方向引脚选择 
IO 输出的 Switch 开关 
作为 12V 电池的防反接功能 
PWM0 1 用作负电流的检测门槛值的设定 
最后即为错误保护的信号 
以上内容即为 UCD3138 的控制部分 
谢谢大家