內部結構與工作方式及600W交錯式雙相轉移模式PFC轉換器

8253的內部結構和工作方式8253具有3個獨立的計數通道，采用減1計數方式。在門控信號有效時，每輸入1個計數脈沖，通道作1次計數操作。當計數脈沖是已知周期的時鐘信號時，計數就成為定時。一、8253內部結構8253芯片有24條引腳，封裝在雙列直插式陶瓷管殼內。1.數據總線緩沖器數據總線緩沖器與系統總線連接，8位雙向，與CPU交換信息的通道。這是8253與CPU之間的數據接口，它由8位雙向三態(tài)緩沖存儲器構成，是CPU與8253之間交換信息的必經之路。2.讀／寫控制讀／寫控制分別連接系統的IOR#和IOW#，由CPU控制著訪問8253的內部通道。接收CPU送入的讀／寫控制信號，并完成對芯片內部各功能部件的控制功能，因此，它實際上是8253芯片內部的控制器。A1A0：端口選擇信號，由CPU輸入。8253內部有3個獨立的通道和一個控制字寄存器，它們構成8253芯片的4個端口，CPU可對3個通道進行讀／寫操作3對控制字寄存器進行寫操作。這4個端口地址由最低2位地址碼A1A0來選擇。如表9.3.1所示。3.通道選擇(1)CS#——片選信號，由CPU輸入，低電平有效，通常由端口地址的高位地址譯碼形成。

(2)RD#、WR#——讀／寫控制命令，由CPU輸入，低電平有效。RD#效時，CPU讀取由A1A0所選定的通道內計數器的內容。WR#有效時，CPU將計數值寫入各個通道的計數器中，或者是將方式控制字寫入控制字寄存器中。CPU對8253的讀／寫操作如表9.3.2所示。4.計數通道0～2每個計數通道內含1個16位的初值寄存器、減1計數器和1個16位的（輸出）鎖存器。8253內部包含3個功能完全相同的通道，每個通道內部設有一個16位計數器，可進行二進制或十進制（BCD碼）計數。采用二進制計數時，最大計數值是FFFFH，采用BCD碼計數時。最大計數值是9999。與此計數器相對應，每個通道內設有一個16位計數值鎖存器。必要時可用來鎖存計數值。當某通道用作計數器時，應將要求計數的次數預置到該通道的計數器中、被計數的事件應以脈沖方式從CLK端輸入，每輸入一個計數脈沖，計數器內容減“1”，待計數值計到“0”。OUT端將有輸出。表示計數次數到。當某個通道用作定時器時。由CLK輸入一定頻率的時鐘脈沖。根據要求定時的時間長短確定所需的計數值。并預置到計數器中，每輸入一個時鐘脈沖，計數器內容減“1”，待計數值計到“0”。OUT將有輸出，表示定時時間到。允許從CLK輸入的時鐘頻在1～2MHz范圍內。因此，任一通道作計數器用或作定時器用，其內部操作完全相同，區(qū)別僅在于前者是由計數脈沖進行減“1”計數。而后者是內時鐘脈沖進行減“1”計數。作計數器時，要求計數的次數可直接作為計數器的初值預置到減“1”計數器中。作定時器時，計數器的初值即定時系數應根據要求定時的時間進行如下運算才能得到：

定時系數＝需要定時的時間／時鐘脈沖周期

①設置通道：向方式控制字寄存器端口寫入方式選擇控制字，用于確定要設置的通道及工作方式；

②計數/定時：向通道寫入計數值，啟動計數操作；

③讀取當前的計數值：向指定通道讀取當前計數器值時，8253將計數器值存入鎖存器，從鎖存器向外提供當前的計數器值，計數器則繼續(xù)作計數操作。

④計數到：當計數器減1為0時，通過引腳OUTi向外輸出“到”的脈沖信號。

計數初值輸入存放在初值寄存器中，計數開始或重裝入時被復制到計數器中。

鎖存器在非鎖存狀態(tài)，其值隨計數器的變化而變化；一旦鎖存了計數器的當前值，直到鎖存器值被讀取后才能解除鎖存狀態(tài)。5.方式選擇控制字二、8253的通道工作方式8253中各通道可有6種可供選擇的工作方式，以完成定時、計數或脈沖發(fā)生器等多種功能。8253的各種工作方式如下：1.方式0：計數結束則中斷工作方式0被稱為計數結束中斷方式，它的定時波形如圖9.3.4所示。當任一通道被定義為工作方式0時，OUTi輸出為低電平；若門控信號GATE為高電平，當CPU利用輸出指令向該通道寫入計數值WR#有效時，OUTi仍保持低電平，然后計數器開始減“1”計數，直到計數值為“0”，此刻OUTi將輸出由低電平向高電平跳變，可用它向CPU發(fā)出中斷請求，OUTi端輸出的高電平一直維持到下次再寫入計數值為止。在工作方式0情況下，門控信號GATE用來控制減“1”計數操作是否進行。當GATE=1時，允許減“1”計數；GATE=0時，禁止減“1”計數；計數值將保持GATE有效時的數值不變，待GATE重新有效后，減“1”計數繼續(xù)進行。

顯然，利用工作方式0既可完成計數功能，也可完成定時功能。當用作計數器時，應將要求計數的次數預置到計數器中，將要求計數的事件以脈沖方式從CLKi端輸入，由它對計數器進行減“1”計數，直到計數值為0，此刻OUTi輸出正跳變，表示計數次數到。當用作定時器時，應把根據要求定時的時間和CLKi的周期計算出定時系數，預置到計數器中。從CLKi，輸入的應是一定頻率的時鐘脈沖，由它對計數器進行減“1”計數，定時時間從寫入計數值開始，到計數值計到“0”為止，這時OUTi輸出正跳變，表示定時時間到。

有一點需要說明，任一通道工作在方式0情況下，計數器初值一次有效，經過一次計數或定時后如果需要繼續(xù)完成計數或定時功能，必須重新寫入計數器的初值。

2.方式1：單脈沖發(fā)生器工作方式1被稱作可編程單脈沖發(fā)生器，其定義波形如圖9.3.5。進入這種工作方式，CPU裝入計數值n后OUTi輸出高電平，不管此時的GATE輸入是高電平還是低電平，都不開始減“1”計數，必須等到GATE由低電平向高電平跳變形成一個上升沿后，計數過程才會開始。與此同時，OUTi輸出由高電平向低電平跳變，形成了輸出單脈沖的前沿，待計數值計到“0”，OUTi輸出由低電平向高電平跳變，形成輸出單脈沖的后沿，因此，由方式l所能輸出單脈沖的寬度為CLKi周期的n倍。如果在減“1”計數過程中，GATE由高電平跳變?yōu)榈碗姾?，這并不影響計數過程，仍繼續(xù)計數；但若重新遇到GATE的上升沿，則從初值開始重新計數，其效果會使輸出的單脈沖加寬，如教材圖9-22(b)中的第2個單脈沖。

這種工作方式下，計數值也是一次有效，每輸入一次計數值，只產生一個負極性單脈沖。

3.方式2：速率波發(fā)生器工作方式2被稱作速率波發(fā)生器，其定時波形如圖9.3.6所示。進入這種工作方式，OUTi輸出高電平，裝入計數值n后如果GATE為高電平，則立即開始計數，OUTi保持為高電平不變；待計數值減到“1”和“0”之間，OUTi將輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖，計數值為“0”時，自動重新裝入計數初值n，實現循環(huán)計數，OUTi將輸出一定頻率的負脈沖序列，其脈沖寬度固定為一個CLKi周期，重復周期為CLKi周期的n倍。如果在減“1”計數過程中，GATE變?yōu)闊o效（輸入0電平），則暫停減“1”計數，待GATE恢復有效后，從初值n開始重新計數。這樣會改變輸出脈沖的速率。

如果在操作過程中要求改變輸出脈沖的速率，CPU可在任何時候，重新寫人新的計數值，它不會影響正在進行的減“1”計數過程，而是從下一個計數操作用期開始按新的計數值改變輸出脈沖的速率。

4.方式3：方波發(fā)生器工作方式3被稱作方波發(fā)生器，其定時波型如圖9.3.7所示。任一通道工作在方式3，只在計數值n為偶數，則可輸出重復周期為n、占空比為1：1的方波。進入工作方式3，OUTi輸出低電平，裝入計數值后，OUTi立即跳變?yōu)楦唠娖?。如果當GATE為高電平，則立即開始減“1”計數，OUTi保持為高電平，若n為偶數，則當計數值減到n/2時，OUTi跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到計數值為?”，系統才自動重新置入計數值n，實現循環(huán)計數。這時OUTi端輸出的周期為n×CLKi周期，占空比為1:1的方波序列；若n為奇數，則OUTi端輸出周期為n×CLKi周期，占空比為((n+1)/2)/((n-1)/2)的近似方波序列。

如果在操作過程中，GATE變?yōu)闊o效，則暫停減“1”計數過程，直到GATE再次有效，重新從初值n開始減“l(fā)”計數。

如果要求改變輸出方波的速率，則CPU可在任何時候重新裝入新的計數初值n，并從下一個計數操作周期開始改變輸出方波的速率。

5.方式4：軟件觸發(fā)方式計數工作方式4被稱作軟件觸發(fā)方式，其定時波形如圖9.3.8所示。進入工作方式4，OUTi輸出高電平。裝入計數值n后，如果GATE為高電平，則立即開始減“1”計數，直到計數值減到“0”為止，OUTi輸出寬度為一個CLKi周期的負脈沖。由軟件裝入的計數值只有一次有效，如果要繼續(xù)操作，必須重新置入計數初值n。如果在操作的過程中，GATE變?yōu)闊o效，則停止減“1”計數，到GATE再次有效時，重新從初值開始減“1”計數。顯然，利用這種工作方式可以完成定時功能，定時時間從裝入計數值n開始，則OUTi輸出負脈沖（表示定時時間到），其定時時間＝n×CLK周期。這種工作方式也可完成計數功能，它要求計數的事件以脈沖的方式從CLKi輸入，將計數次數作為計數初值裝入后，由CLKi端輸入的計數脈沖進行減“1”計數，直到計數值為“0”，由OUTt端輸出負脈沖（表示計數次數到）。當然也可利用OUTj向CFU發(fā)出中斷請求。因此工作方式4與工作方式0很相似，只是方式0在OUTi端輸出正階躍信號、方式4在OUTi端輸出負脈沖信號。

6.方式5：硬件觸發(fā)方式計數工作方式5被稱為硬件觸發(fā)方式，其定時波形如圖9.3.9所示。進入工作方式5，OUTi輸出高電平，硬件觸發(fā)信號由GATE端引入。因此，開始時GATE應輸入為0，裝入計數初值n后，減“1”計數并不工作，一定要等到硬件觸發(fā)信號由GATE端引入一個正階躍信號，減“1”計數才會開始，待計數值計到“0”，OUTi將輸出負脈沖，其寬度固定為一個CLKi周期，表示定時時間到或計數次數到。這種工作方式下，當計數值計到“0”后，系統將自動重新裝入計數值n，但并不開始計數，一定要等到由GATE端引入的正跳沿，才會開始進行減“1”計數，因此這是一種完全由GATE端引入的觸發(fā)信號控制下的計數或定時功能。如果由CLKi輸入的是一定頻率的時鐘脈沖，那么可完成定時功能，定時時間從GATE上升沿開始，到OUTi端輸出負脈沖結束。如果從CLKi端輸入的是要求計數的事件，則可完成計數功能，計數過程從GATE上升沿開始，到OUTi輸出負脈沖結束。GATE可由外部電路或控制現場產生，故硬件觸發(fā)方式由此而得名。

如果需要改變計數初值，CPU可在任何時候用輸出指令裝入新的計數初值m，它將不影響正在進行的操作過程，而是到下一個計數操作周期才會按新的計數值進行操作。

從上述各工作方式可看出，GATE作為各通道的門控信號，對于各種不同的工作方式，它所起的作用各不相同。在8253的應用中，必須正確使用GATE信號，才能保證各通道的正常操作。7.讀取計數器的當前值⑴直接讀計數器：輸出鎖存器在非鎖存狀態(tài)會跟隨計數器計數的變化而變化，直接讀計數器是從鎖存器得到計數器的當前值。但由于計數器處于工作狀態(tài)，讀出值不一定能穩(wěn)定。

⑵先鎖存再讀?。孩偻ㄟ^方式選擇控制字對指定通道(SC1、SC0)的計數值鎖入鎖存器(RL1RL0=00)，鎖存器一旦鎖存了當前計數值，就不再隨計數器變化直到被讀取。②讀計數器通道（有鎖存器）。600W交錯式雙相轉移模式PFC轉換器—PR7351引言PR735是一款交錯式雙相轉移模式PFC轉換器，其在電流高達1.5A的85VRMS～265VRMS交流輸入電源下工作時，可提供400V的固定輸出。該參考設計需要一個100mA、15V的額外偏置電壓來為UCC28060器件供電。PR735設計旨在通過展示典型離線高功耗應用中UCC28060的性能來突出說明UCC28060的特性。UCC28060包含了諸如NaturalInterleaving?的創(chuàng)新性特性，并且可以用于多種應用，詳情請參見下面的2.1章節(jié)。2描述PR735由兩塊電路板組成：一塊是含有磁性元件、晶體管以及其他高功率組件的電源電路板；另一塊是由UCC28060集成電路以及各種組件和濾波電路組成的控制器電路板。該控制器電路板通過一個排針(header)與電源電路板相連接，當PFC輸出處于穩(wěn)壓狀態(tài)時，控制器電路板上的J1.A狀態(tài)LED就會發(fā)光指示。如欲了解有關器件運行的更多詳情，請參見UCC28060產品說明書。警告由于該電路上有高壓，非經驗豐富的電源專業(yè)人士切勿進行該設計工作。2.1應用范圍：LCD、等離子以及DLP電視計算機電源入門級服務器2.2特性：85VRMS～265VRMS輸入電壓范圍400V固定輸出1.5A直流恒定狀態(tài)輸出電流采用了TINaturalInterleaving?專利技術相位管理功能提高了輕負載時的效率掉電保護功能3PR735規(guī)范3.1電氣特性表1PR735的電氣與性能規(guī)范參數最小值標準值最大值單位輸入電壓（交流線路）85265VRMS線路頻率4763Hz輸出電壓400V輸出電流01.5A滿負載效率92%最大負載時的功率因數0.99-控制器電路板的偏置電壓1421V控制器電路板的電流100mA輸出功率0600W3.2散熱要求該參考設計可在環(huán)境溫度為25℃下工作，功率高達600W，而無需外部制冷。用戶應確保所有的高功率組件（MOSFET、整流器等）散熱正常以免溫度過高。為了降低高輸出功率級別時組件的熱應力可以使用外部制冷。4原理圖下頁的原理圖說明了PR735的參考設計。為了清楚起見，分別在單獨的頁面上對功率級和控制器電路進行了說明。4.1功率級電路圖1PR735功率級注：僅供參考。如欲了解具體的值，請參見表2材料清單。測試點僅限于評估，并非是轉換器運行所必須的。4.2控制器電路圖2PR735控制器電路注：僅供參考。如欲了解具體的值，請參見表3材料清單。5PR735典型的性能數據圖3到圖5顯示了PR735的典型性能數據。由于實際性能數據會受到測量技術和環(huán)境變化的影響，因此這些曲線僅供參考，并且可能與實地測量值會有所不同。5.1效率下圖說明了PR735在低線壓和高線壓條件下整個輸出功率范圍內的效率。圖3在85VRMS和265VRMS時的效率5.2230VRMS輸入時的電流諧波PR735含有非常符合EN61000標準的極低的電流諧波含量。大多數諧波含量都被包含在可導致低THD的基本諧波中。下圖舉例說明了PR735的電流諧波以及EN61000標準，以進行比較。圖4230VRMS輸入時的PR735諧波5.3最大負載時的輸出電壓紋波從下圖可以看出輸出電壓紋波大約為10V（峰至峰）。圖5PR735輸出電壓紋波（5V/DIV、交流耦合）5.4輸入紋波電流消除下圖舉例說明了PR735轉換器在各個線路周期不同輸入電壓時的輸入紋波消除情況。M4振蕩器信號為輸入電流，其為兩個電感電流的相加值。圖685VRMS（線路電壓峰值）輸入電壓時PR735的電感和輸入紋波電流圖785VRMS（線路電壓峰值的一半）輸入電壓時PR735的電感和輸入紋波電流圖8265VRMS（線路電壓峰值）輸入電壓時PR735的電感和輸入紋波電流圖9265VRMS（線路電壓峰值的一半）輸入電壓時PR735的電感和輸入紋波電流圖1085VRMS輸入、POUT=300W時PR735的電感和輸入紋波電流圖11265VRMS輸、POUT=600W時PR735的電感和輸入紋波電流5.5啟動特性下圖說明了PR735轉換器在不同輸入電壓和輸出功率條件下的啟動特性。圖12VIN=85VRMS、POUT=600W時PR735的啟動特性圖13VIN=265VRMS、POUT=0W時PR735的啟動特性5.6掉電保護下圖展示了UCC280660的掉電保護特性。如果VIN交流電壓下降至掉電閾值電壓以下，則該轉換器在掉電濾波時間（通常為440ms）以后將停止轉換。圖1485VRMS時的PR735掉電保護圖15265VRMS時的PR735掉電保護6EVM裝配圖與布局下圖說明了PR735印刷電路板的設計。控制器電路板由一個單層PCB組成，所有的組件都安裝在電路板的頂端；電源電路板由一個單層PCB組成，布線位于電路板的底部而組件安裝在電路板的頂端。圖16PR735控制器電路板布局（頂部視圖）圖17PR735控制器電路板部件放置（頂部視圖）圖18PR735功率級底層布局（頂部視圖）圖19PR735功率級部件位置（頂部視圖）7功率級與控制器級材料清單7.1功率級材料清單表2列出了按照圖1所示原理圖配置的EVM組件。表2UCC28060(PR735)功率級材料清單參考設計數量描述廠商部件號C1、C22電容、220μF、450V、electKMQsnapUnitedChemi-conE30KSMQ451VSN221MRC31薄膜電容、0.047μF、275VAC松下ECQ-U2A474MLD11整流器橋接、GPP、600V、15ADiodesGBJ1506-FD2、D32超快二極管、8A、600V安森美MUR860FB11保險絲夾、5×20mmWickmann520J11連續(xù)排母(Straightsocket)、10P、1排3M929850-01-10-10J2、J3、J5、J64連接器、接線柱、絕緣Johnson111-0703-001J71終端模塊、2引腳、6A、3.5mmOSTED555/2DSJP1、JP2、JP4、JP7、JPL1、JPL2、JPQ、JPQ28跳線、過孔、0.035STDSTDL1、L22電感、E磁芯FerroxcubeE41/17/12Q1MOSFET、N通道、600V、31A英飛凌IPP60R099CSQ2MOSFET、N通道、600V、31A英飛凌IPP60R099CSR1、R22電阻、10.0kΩ、1/4W、1%、1206StdStdRG1、RG22電阻、5.10Ω、1/4W、1%、1206StdStdRS21電阻、0.005Ω、1W、1%、2512松下ERJ-M1WSF5M0URT11電流限制器浪涌、4.7Ω、20%EpcosB57238S479MTP、TP2、TP3、TP4、TP9、TP106引腳、過孔、用于0.062PCBVectorK24A/M7.2控制器級材料清單表3列出了按照圖