8.2.2.3 ZCD/CS 引腳

連接到 ZCD/CS 引腳的外部分壓器網(wǎng)絡(luò)將衰減的漏極電壓波形 (V_DS) 和電流感應(yīng)信號(hào) (V_CS) 傳輸?shù)娇刂破鳌Ｄ軐?shí)現(xiàn)傳輸是因?yàn)橹挥挟?dāng)開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)且 V_DS 信號(hào)接近零時(shí)，才需要觀察電流感應(yīng)信號(hào)。而只有在開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，且電流感應(yīng)信號(hào)接近零時(shí)，才需要檢測(cè)漏極電壓波形。

Equation 51.

Equation 52 反映了當(dāng) MOSFET 開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，在導(dǎo)通時(shí)間期間的衰減漏極電壓。

Equation 52.

打開(kāi)狀態(tài)下的 MOSFET 導(dǎo)通電阻 (R_DSON) 的值通常與電流感應(yīng)電阻器 (R_CS) 的值相似。分壓器 (Z_ZC1、Z_ZC2) 的衰減值為 1/401，因此Equation 52 的第二項(xiàng)可以忽略不計(jì)。

Equation 53.

故，根據(jù)從

在 T_ON 周期外，當(dāng) MOSFET 開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，流經(jīng)電流感應(yīng)電阻器的電流接近零。在這種情況下，Equation 51 可以用以下公式表示。

Equation 54.

在 ZCD/CS 引腳電壓波形上檢測(cè)到負(fù)斜率增加之前，UCC28056 會(huì)阻止啟動(dòng)新的開(kāi)關(guān)周期。負(fù)斜率增加表示電感器電流值已降為零，因此輸出二極管已經(jīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。與漏極波形上的最小值或谷值同步啟動(dòng)每個(gè)新的開(kāi)關(guān)周期將進(jìn)一步減少導(dǎo)通期間的開(kāi)關(guān)損耗。

從理論上來(lái)說(shuō)，可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻分壓器衰減饋送到 ZCD/CS 引腳的漏極電壓波形。在實(shí)際調(diào)試中，由PCB走線以及對(duì)ZCD/CS衰減信號(hào)的濾波會(huì)引入寄生電容，該寄生電容產(chǎn)生相移。由此導(dǎo)致的失真和相移對(duì)電感電流過(guò)零時(shí)刻的同步產(chǎn)生不利影響。讓問(wèn)題更加復(fù)雜的是，還需要限制電阻分壓器中的功率損耗，這必須使用高電阻值和提高對(duì)衰減信號(hào)的濾波。

與電阻分壓器并聯(lián)增加一個(gè)電容分壓器后，可以使用高值電阻器，而且不會(huì)引入濾波和相關(guān)相移。在這種情況下，確保無(wú)功分壓器分壓比等于電阻分壓器分壓比。

Equation 55.

因此：

Equation 56.

提供給 ZCD/CS 引腳的衰減漏極電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)多個(gè)內(nèi)部電壓閾值。其中包括欠壓 (V_ZCBoRise)、線路前饋 (V_FFxRise、V_FFxFall) 和二級(jí)輸出過(guò)壓 (V_Ovp2Th)。相同的外部分壓器分壓比 (K_ZC) 驅(qū)動(dòng)以上所有閾值。指定的衰減比的變化范圍受到限制，因?yàn)樗绊懥怂羞@些閾值的協(xié)調(diào)。

Equation 57.

Equation 58.

控制器根據(jù)漏極節(jié)點(diǎn)上的開(kāi)關(guān)周期平均電壓推導(dǎo)出線電壓。忽略升壓電感器中的任何電阻壓降，假設(shè)升壓電感器電流在每個(gè)周期結(jié)束時(shí) (TM/CrM/DCM) 恢復(fù)為零，則該值必須等于從輸入整流器提供的電壓。輸入整流橋和 EMI 濾波級(jí)中的壓降導(dǎo)致預(yù)測(cè)的閾值和實(shí)際測(cè)得的閾值之間存在誤差。內(nèi)部峰值檢測(cè)器確定一個(gè)線路半周期中的峰值輸入電壓。上方的Equation 58 將該峰值轉(zhuǎn)換為 RMS 量，但假定使用理想的正弦線路電源

Equation 59 計(jì)算觸發(fā)二級(jí)輸出過(guò)壓比較器 (Ovp2) 所需的輸出電壓。

Equation 59.

通過(guò)漏極波形可以觀察該參數(shù)，升壓二極管和串聯(lián) NTC 電阻器中的壓降會(huì)導(dǎo)致 Ovp2 比較器在更低的輸出電壓電平下跳閘。

漏極感應(yīng)電阻分壓器鏈中的功率損耗在突發(fā)關(guān)閉條件期間達(dá)到最高值。在突發(fā)關(guān)閉狀況下，漏極電壓接近于與線電壓峰值相等的直流電壓。兩者相近的前提是假定時(shí)間常量 C_IN × (R_ZC1+ R_ZC2) 相對(duì)于線路半周期而言較長(zhǎng)。在空載條件下，突發(fā)關(guān)閉占空比較高，因此在線電壓較高和空載條件下，漏極感應(yīng)電阻分壓器鏈中的功率損耗最大，如Equation 60 所示。

Equation 60.

Equation 61 計(jì)算 R_ZC1 c 的最大值，考慮到輸入偏置電流 (I_ZCBias)，允許在最低電壓閾值 (V_ZCBoRise) 上存在 1% 的誤差。

Equation 61.

分壓器鏈中的上電阻器 (R_ZC1) 必須能夠承受浪涌測(cè)試下的峰值輸出電壓。在適用于嚴(yán)苛應(yīng)用的解決方案中，此位置的電阻器的額定電壓必須高于升壓 MOSFET 的雪崩額定值。本設(shè)計(jì)在該位置使用三個(gè) 1206、SMT、3.24MΩ 電阻器串聯(lián)鏈，直流電壓耐受能力達(dá)到了 600V 以上。

Equation 62.

Equation 63.

使用Equation 60 可以計(jì)算 ZCD/CS 引腳分壓電阻器中的功率損耗。

Equation 64.

一旦布置在 PCB 上，電阻分壓器電路在上電阻器 (R_ZC1) 和下電阻器 (R_ZC2) 都分配了一定的寄生電容。經(jīng)驗(yàn)表明，由三個(gè) 1206 SMT 組件構(gòu)成的電阻器 R_ZC1 上的寄生電容 (C_ZC1) 約為 0.1pF（假設(shè)采用緊湊型 PCB 布局）。從理論上來(lái)說(shuō)，可以使用該寄生電容構(gòu)成 C_ZC1 的總值，并增加適當(dāng)?shù)?C_ZC2 值以達(dá)到Equation 56 要求的比值。但實(shí)際上，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員選擇在該位置增加一個(gè)顯式電容器來(lái)更好地適應(yīng)布局中的輕微變化，例如在連接示波器探頭時(shí)可能發(fā)生的變化。確保分壓器的時(shí)間常量不會(huì)跨越多個(gè)開(kāi)關(guān)周期。該限制確保線路浪涌或系統(tǒng) ESD 瞬態(tài)事件可以干擾 ZCD/CS 引腳直流電平，但不會(huì)在過(guò)多的開(kāi)關(guān)周期中持續(xù)停留。

選擇一個(gè)容差為 5% 的 10pF、1000V、0805 SMT 單電容器。

Equation 65.

使用Equation 66 可計(jì)算分壓電容器的較低值。

Equation 66.

實(shí)際上，完成最終的 PCB 布局后，可以調(diào)整電容器較低值，以適應(yīng) PCB 上的寄生電容。同時(shí)考慮漏極和 ZCD/CS 引腳波形，并調(diào)整電容器較低值 (C_ZC2)，直到該值允許在信號(hào)振幅中出現(xiàn)所需的比值。對(duì) ZCD/CS 引腳連接使用低電容探頭。Figure 28、Figure 29 和Figure 30 表示在此調(diào)優(yōu)過(guò)程中出現(xiàn)的波形類型。

CH1 = VDS	CH2 = VDR
CH3 = VCO	CH3 = VZC

Figure 28. 振幅 V_ZC< (V_DS/401)。降低 C_ZC2 電容

	CH1 = VDS	CH2 = VDR
	CH3 = VCO	CH3 = VZC

Figure 30. 振幅 V_ZC> (V_DS/401)。增加 C_ZC2 電容

CH1 = VDS	CH2 = VDR
CH3 = VCO	CH3 = VZC

Figure 29. 振幅 V_ZC = (V_DS/401)。正確的 C_ZC2 電容