數(shù)字電源控制器UCD3138的數(shù)字比較器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用說明

摘要

數(shù)字電源控制器UCD3138 內(nèi)部集成有 4 個(gè)數(shù)字比較器，可以靈活配置其輸入端和參考值。模擬前端(AFE)模塊的絕對(duì)值量和EADC 的輸出都可以作為數(shù)字比較器的輸入，因此使用數(shù)字比較器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出電壓的故障響應(yīng)與保護(hù)。UCD3138 內(nèi)部集成有 16 個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其中名稱為 ADC15 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器不對(duì)外部開放，可以用來檢測(cè) 3 個(gè)AFE 模塊中任何一個(gè)的 EAP 或 EAN 引腳，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出電壓的精確采集，最終可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的故障響應(yīng)與保護(hù)。

1、UCD3138 的數(shù)字比較器

UCD3138 內(nèi)部集成有4數(shù)字比較器，可以以AFE 的絕對(duì)值量或者誤差值為輸入端，靈活配置參考值，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出電壓故障(過壓，欠壓等)的快速響應(yīng)與保護(hù)。

1.1 數(shù)字比較器的硬件電路簡(jiǎn)介

圖 1 所示的是UCD3138 芯片內(nèi)部模擬前端(Analog Front End，AFE)的框圖。輸出電壓在分壓后以差分信號(hào)的方式進(jìn)入到AFE 模塊，與參考電壓(DAC0 的輸出值)比較后得到誤差信號(hào)(模擬量);該誤差信號(hào)在模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字量，然后輸入到數(shù)字環(huán)路補(bǔ)償模塊(Filter)。

Figure 1. UCD3138 AFE 模塊框圖

為豐富應(yīng)用的靈活性，用戶設(shè)置的參考值(數(shù)字量)與EADC 的輸出值(數(shù)字量)相加后生成一個(gè)叫做“ 絕對(duì)值量(absolute value)” 的數(shù)字信號(hào)，可以表征實(shí)際采集到的電壓信息(即Vd 的值)。

UCD3138 的數(shù)字比較器就是以數(shù)字誤差信號(hào)(B 點(diǎn)值)或絕對(duì)值量(C 點(diǎn)值)作為一個(gè)輸入端，參考電壓值(用戶可以自行設(shè)置)為另一個(gè)輸入端所組成，觸發(fā)后可以配置其關(guān)斷任何一路DPWM。

UCD3138 中有3 個(gè)AFE 模塊，同樣地，也有4 個(gè)數(shù)字比較器。

1.2 數(shù)字比較器涉及的關(guān)鍵寄存器

1.2.1 EADC的輸出

EADC 的輸出是參考電壓與輸入模擬量相減后的值在數(shù)字化之后的信息量，即數(shù)字誤差量，其范圍與AFE 自身的增益有直接關(guān)系。例如，當(dāng)增益值設(shè)置為1 時(shí)，其輸出范圍是+248~-256;而增益設(shè)置為8 時(shí)，輸出范圍是+31~-32.

寄存器EADCRAWVALUE 的第0~8 位(共9bit，名稱為RAW_ERROR_VALUE)保存的即為EADC 的輸出，分辨率為1mV/bit。

1.2.2 DAC的輸入

DAC 的輸出即為系統(tǒng)的參考電壓。在UCD3138 的實(shí)際應(yīng)用中，用戶可以設(shè)置DAC 的輸入值，為數(shù)字信號(hào)量。寄存器EADCDAC 的第4~13 位(共10bit，名稱為DAC_VALUE)保存了用戶的設(shè)置值。分辨率為1.5625mV/bit。

1.2.3 絕對(duì)值量

寄存器 EADCVALUE 的第16~25 位(共10bit，名稱為ABS_VALUE)保存的就是絕對(duì)值量，分辨率為1.5625mV/bit。

上文提到，絕對(duì)值量是EADC 的輸出信息與DAC 的輸入信息相加得到的，但并不是二者數(shù)字量的直接相加，因?yàn)槠浞直媛什煌?。事?shí)上，上述三個(gè)數(shù)字量所各自表征的模擬量存在等式關(guān)系。

例如，某條件下，EADC 的輸出(ERROR_VALUE)為192;DAC 的輸入為747;絕對(duì)值量(ABS_VALUE)為624，如下圖2 所示。

Figure 2. Memory Debugger 中讀取到的寄存器值

顯然，747-624=123≠ 192。但是，各自的模擬量則滿足等式關(guān)系，如下：

EADC 的輸出192 對(duì)應(yīng)的模擬量為192×1mV/bit=192mV;

DAC 的輸入747 對(duì)應(yīng)的模擬量為 747×1.5625mV/bit=1167.1875mV;

絕對(duì)值量624 對(duì)應(yīng)的模擬量為 624×1.5625mV/bit=975mV;

◎ 最終，1167.1875-975=192.1875≈ 192.

或者，三個(gè)數(shù)字量可以在增加衰減系數(shù)后存在如下等式關(guān)系：

1.3 數(shù)字比較器的軟件配置

在程序初始化階段，可以完成對(duì)數(shù)字比較器的配置。以配置數(shù)字比較器0 為例，主要代碼如下：

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.CNT_THRESH = 1;

上述代碼配置只需觸發(fā)一次數(shù)字比較器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)fault。

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.FE_SEL = 0;

上述代碼配置數(shù)字比較器的輸入為AFE0 的絕對(duì)值量。也可以配置為EADC 的輸出。另外，其余兩個(gè)AFE 的絕對(duì)值量和EADC 的輸出也可以配置為數(shù)字比較器0 的輸入。

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.COMP_POL = 1;

上述代碼配置為數(shù)字比較器的輸入高于參考量后才會(huì)觸發(fā)。

FaultMuxRegs.DCOMPCTRL0.bit.THRESH = 850;

參考量設(shè)置為850。如果輸入量選擇為絕對(duì)值量，則當(dāng)Vd 電壓大于850×1.5625mV/bit =1.33V 時(shí)便會(huì)觸發(fā)數(shù)字比較器。

FaultMuxRegs.DPWM0FLTABDET.bit.DCOMP0_EN=1;

上面代碼配置為，數(shù)字比較器觸發(fā)后立即關(guān)斷DPWM0A 和DPWM0B。

1.4 數(shù)字比較器的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果

實(shí)際調(diào)試時(shí)，圖1 的Vd 處外接一個(gè)可調(diào)電壓，并由0V 慢慢增大?？梢杂^察到，當(dāng)電壓超過1.33V 后，驅(qū)動(dòng)信號(hào)便立即被關(guān)閉，符合預(yù)期，如下圖3(CH3 為Vd 電壓，CH2 為DPWM0B)。

Figure 3. 數(shù)字比較器觸發(fā)后關(guān)閉DPWM0B