依本人之见，示波器是调试模拟电源的最好工具，对于数字控制电源而言也是如此。通过代码进行单步执行不是一个可行的办法，因为这很容易烧掉 FET。然而，数字系统的挑战在于很多信号在芯片内部消失。敬请使用 UCD3138 PFC EVM 用户指南，这里有几个可演示固件控制 PFC 的方框图实例。

首先是芯片外部硬件中所发生情况的原理图：

您可以看到固件外部仍有可使用示波器进行监控的模拟信号。另外，您是否注意到方框底部输出的信号?这些信号将进入 UCD3138 数字控制器并由固件处理，请看下图。

方框中的每个箭头都代表一个通过下面所述方法送出到器件引脚并由此送到示波器的内部信号。但始于 COMP_D、E 及 F 这 3 个比较器的信号除外，它们全都是代表变量的“模拟”信号。

用于送出信号的两种简单方法：

对于“模拟”值来说，应将信号发出到 PWM 引脚上，可能会采用简单的 RC 滤波器;

对于内部事件以及比较器信号等数字信号而言，应连接 I/O 线路。

我把这种方法叫做“仪器检测代码”。对于需要同步考虑固件状态和外部模拟信号状态的电源来说，这种方法非常实用。

在开发早期 PFC 代码时，仪器检测代码对于回答一些重要问题具有不可估量的作用。对于模拟值来说：

ADC 是否真的在正确读取 AC 线路电压?(ADC07、ADC08)

AC 周期内电流环路上输入误差的波形是什么?(Fe0)

慢电压环路的输出是什么?是否有噪声?(PI(Gv))

慢电压环路的积分项在输入与输出瞬态过程中起什么作用?(内部 PI(Gv))

而对于 I/O 引脚而言：

在瞬变过程中慢电压环路何时进入非线性模式?

针对用于进行瞬态处理的慢电压环路提供的高级算法效果怎样?

我们何时检测功率损耗逻辑中的功率损耗?

我们何时检测 AC 半周期的结束?

这些实例来自 PFC，但许多年来我在各种场合都应用过这些方法，从新器件上的芯片调试到调试排除生产过程中固件出现的新问题，都有尝试。

TI UCD3138 上的 PWM 引脚(我们称其为 DPWM)支持 2MHz 的脉冲频率以及 250psec 的脉宽分辨率。这可提供足够的带宽和分辨率来采用简单 RC 滤波器外部监控固件内部的大部分信号，从而可滤出脉冲。

有时候在真的需要详细信息时，我就捕获原始 PWM 脉冲，并对每一个进行测量，以获得逐个样片信息。我之所以推荐这种方法，是因为便于在固件中添加失调与缩放功能，以便针对感兴趣的信号波幅使用 PWM 范围。可将这看成示波器上的固件版本位置与 volts/div 开关旋钮。

要实现这些技术，需要使用前瞻性电路板布局。即使您正在努力缩小电路板尺寸，也要在那些未使用 PWM 与 I/O 引脚的电路板上挤入极小的测试焊盘。如果这与之前的设计有很大的出入而且没有任何备用引脚，您可能需要考虑使用比量产器件引脚数更多的器件来完成第一块电路板设计。

UCD3138

用于隔离电源的高度集成数字控制器(具有 3 个反馈环路和 8 个 DPWM 输出)

描述

UCD3138 是一款德州仪器(TI) 数字电源控制器，此控制器在一个单一芯片解决方案内提供高集成度和出色 性能。UCD3138 灵活的特性使得此器件适合于品种繁多的电源转换应用。此外，器件内的多重外设已进行 了专门优化以提升ac/dc 和隔离的dc/dc 应用性能并减少IT 和网络基础设施空间内的解决方案组件数量。

UCD3138 是一款完全可编程解决方案，此方案可以使用户对他们的应用进行完全控制，以及很多的区分他 们的解决方案的能力。与此同时，TI 致力于通过提供同类产品最佳的开发工具来简化我们用户的开发工 作，这些开发工具包括应用固件、Code Composer Studio™ 软件开发环境、和TI 的电源开发GUI，这使得 用户能够配置和监控关键系统参数。

在UCD3138 控制器的内核上是数字控制环路外设，也被称为数字电源外设(DPP)。每个DPP 执行一个高 速数字控制环路，此环路由一个专用误差模数转换器(EADC)、一个基于2 极- 2 零数字补偿器的PID 和具 有250ps 脉宽分辨率的DPWM 输出组成。此器件还包含一个12 位，267ksps 通用ADC，此ADC 具有多 达14 个通道、定时器、中断控制、电源管理总线(PMBus)，以及通用异步收发器(UART) 通信端口。此器 件基于一个执行实时监控、配置外设且管理通信的ARM7TDMI-S 精简指令集微控制器。ARM 微控制器从 可编程闪存存储器以及片载RAM 和ROM 里执行它的程序。

除了FDPP，特定电源管理外设已被添加以便在全部运行范围内启用高效、针对增加的功率密度的高集成 度、可靠性、和最低总体系统成本以及支持最广泛控制体系和拓扑数量的高灵活性。此类外设包括：轻负载 突发模式、同步整流、LLC 和移相全桥模式开关、输入电压前馈、铜走线电流感应、理想的二极管仿真、恒 定电流恒定功率控制、同步整流软打开和关闭、峰值电流控制模式、磁通均衡、二次侧输入电压感应、高分 辨率电流共享、具有预偏置电压的硬件可配置软启动、以及几个其它特性。已经针对电压模式和峰值电流模 式、受控相位迁移全桥、单双相位功率因数校正(PFC)、无桥PFC、硬开关全桥和半桥、以及LLC 半桥和 全桥进行了拓扑支持优化。

特性

可对多达 3 个独立式反馈环路的数字控制

专用的基于 PID 的硬件

可配置 2 极 / 2 零

非线性控制

高达 16MHz 的误差模数转换器 (EADC)

可配置低至 1mV/LSB 的分辨率

自动分辨率选择

高达 8 倍过度采样

基于硬件的取平均值操作(高达 8x)

14 位高效数模转换器 (DAC)

自适应采样触发器定位

高达 8 个高分辨率数字脉宽已调制 (DPWM) 输出

脉宽分辨率为 250ps

频率分辨率为 4ns

相位分辨率为 4ns

输出间的可调相移

配对间的可调死区

逐周期占空比匹配

高达 2MHz 开关频率

可配置的 PWM 边沿运动

后缘调制

前缘调制

三角调制

可配置的反馈控制

电压模式

平均电流模式

峰值电流模式控制

恒定电流

恒定电源

可配置调制方法

频率调制

相移调制

脉宽调制

快速、自动和平滑模式开关

频率调制和 PWM

相移调制和 PWM

高效和轻负载管理

突发模式

理想的二极管仿真

同步镇流器软打开/关闭

低集成电路 (IC) 待机功率

具有和不具有预偏置的软启动/停止

快速输入电压前馈硬件

初级侧电压感应

铜走线电流感应

针对非峰值电流模式控制应用的磁通和相位电流均衡

电流共享总线支持

模拟平均

主/从

特有丰富的故障保护选项

7 个高速模拟比较器

逐周期电流限制

可编程故障计数

外部故障输入

10 数字位比较器

可编程消隐时间

多重 UCD3138 器件间的 DPWM 波形同步

14 通道，12 位，267kbps 通用模数转换器 (ADC)，此转换器带有集成的

可编程平均滤波器

双采样保持

内部温度传感器

完全可编程高性能 31.25MHz，32 位 ARM7TDMI-S 处理器

32k 字节 (kB) 编程闪存

具有纠错码 (ECC) 的 2kB 数据闪存

4kB 数据 RAM

4kB 启动 ROM 通过 I2C 或者 UART 在场中启用固件引导-载入

通信外设

I2C / 电源管理总线 (PMBus)

在 UCD3138RGC(40 引脚四方扁平无引线 (QFN))上有2 个 UART

在 UCD3138RHA(40 引脚 QFN)上有 1 个 UART

具有可选输入引脚的定时器捕捉

多达 5 个附加的通用定时器

内置安全装置：BOD 和 POR

64 引脚 QFN 和 40 引脚 QFN 封装

运行温度：-40°C 至 125°C

支持整合数字电源设计图形用户界面 (GUI)