基于UCC28060 交錯并聯(lián)控制器的液晶電視電源系統

　　1.引言

　　UCC28060 是德州儀器(TI)推出的雙相交錯切換模式(Transition Mode, TM)功率因數校正控制器，應用于100W-1000W 電源、液晶和DLP 電視、電腦電源、入門(mén)級服務(wù)器和電子照明整流器等電源系統，可以降低系統的成本和功耗。

　　UCC28060 采用Natural Interleaving TM 技術(shù)，其特征[1]：(1)簡(jiǎn)便的相位管理保證符合輕負載效率標準，輕負載條件下的效率提高5%;(2)雙路徑輸出過(guò)壓檢測與保護，防止電壓檢測故障引起的輸出過(guò)電壓;

　　(3)利用無(wú)傳感器電流整形技術(shù)，可以簡(jiǎn)化布局和提高效率;(4)提供浪涌電流限制，消除輸出整流器的反向恢復。這些獨特的系統控制與保護特性，提高了電源系統的可靠性。與傳統單相TM(也稱(chēng)為臨界導電模式CRM 或不連續導電模式DCM)或連續導電模式(CCM)拓撲相比，雙相交錯高性能控制器UCC28060 簡(jiǎn)化了電源系統設計，從而節省了系統成本和PC 尺寸，提高了效率和設計的靈活性。

　　2.UCC28060 的引腳介紹

　　UCC28060 的引腳排列如圖1。AGND：模擬信號地。旁路電容、補償元件接回到此引腳。VCC：偏壓電源輸入端。它為這個(gè)電路中所有的設備提供電源

　　TSET：時(shí)間設置。PWM 的導通時(shí)間設置的輸入。COMP：誤差放大器輸出端。這個(gè)誤差放大器是一個(gè)跨導放大器。電壓調節環(huán)路補償組件連接到此引腳和AGND 腳。在軟啟動(dòng)事件中(欠壓、掉電或停用)COMP 被拉低。CS：電流檢測輸入端。當輸入電流增加時(shí)，CS端的負電壓增大。當CS 端電壓大于上升門(mén)限即過(guò)流保護門(mén)限電壓(約-200mV)時(shí)，這種逐周期過(guò)流保護通過(guò)關(guān)斷兩個(gè)柵極驅動(dòng)(GDA 和GDB)來(lái)限制輸入電流的增加。GDA 和GDB 保持低輸出直到CS 的電壓降至下降門(mén)限(約-15mV)。GDA、GDB：A、B 通道的柵極驅動(dòng)輸出。用最短的線(xiàn)連接這些引腳到功率場(chǎng)效應管的柵極。HVSEN：過(guò)壓檢測輸入端。UCC28060 包含故障過(guò)壓保護功能，任何一個(gè)故障不會(huì )引起電流超過(guò)安全等級。VSENSE 和HVSEN 引腳檢測輸出的過(guò)電壓，如果任何一個(gè)引腳的電壓超過(guò)過(guò)電壓門(mén)限，將關(guān)斷PWM。用兩個(gè)引腳監測過(guò)電壓信號能夠提供冗余和容錯。當HVSEN 上的電壓在工作范圍內，HVSEN 還可以使能下游變換器。PGND：集成電路的功率地。用獨立短線(xiàn)連接此引腳和AGND 來(lái)隔離模擬信號對門(mén)驅動(dòng)的干擾。

　　PHB：B 階段使能端。此引腳接通或關(guān)斷B 通道的升壓轉換器。當B 通道不工作的時(shí)候，A 通道導通時(shí)間的控制信號加倍，有助于在瞬態(tài)管理過(guò)程中保持COMP 電壓恒定。PWMCNTL：PWM 使能邏輯輸出。VINAC：輸入交流電壓檢測：正常運行時(shí)，此引腳連接到整流橋正極的分壓器。這個(gè)輸入檢測輸入電壓范圍來(lái)設置斜率，并且檢測欠壓。VREF：參考電壓輸出端。這個(gè)6V 直流參考電壓可用于偏置電路。

　　VSENSE：輸出直流電壓檢測。連接這個(gè)引腳功率轉換器輸出的分壓器上。為了達到最佳的輸出調節精度和抗噪聲性能，分壓器用獨立的短路徑接地。ZCDA、ZCDB：零電流檢測輸入：當各相的電感電流降為0 時(shí)，ZCDA 與ZCDB 的輸入會(huì )有一個(gè)下降沿，這個(gè)輸入被箝位在0V-3V。信號通過(guò)限流電阻ZA R 、ZB R 與電感副邊繞組相連接，使電流不超過(guò)3mA。當電感電流降為0 時(shí)，ZCD 的輸入必定降低到關(guān)斷門(mén)限電壓以下(大約為1V)，導致柵極驅動(dòng)的輸出電壓上升。當功率場(chǎng)效應管MOSFET 關(guān)斷時(shí)，ZCD 的輸入必定升高超過(guò)上升門(mén)限電壓(約1.7V)，產(chǎn)生另一個(gè)ZCD 下降沿。

　　3.基于UCC28060 交錯并聯(lián)PFC 液晶電視電源

　　系統的設計技術(shù)要求：最小輸入電壓IN MIN 176 V V ? = ，最大輸入電壓IN MAX 264 V V ? = ，輸出功率OUT 1000 P = W ，滿(mǎn)載下效率η = 0.95，最低開(kāi)關(guān)頻率MIN 30.7 f = kHz ，輸出電壓有效值VOUT = 420V 。電路包含市電判斷部分，在輸入過(guò)壓、欠壓時(shí)實(shí)現對模塊的保護。輸入欠壓?jiǎn)?dòng)電壓為176V,欠壓關(guān)機電壓為164V,過(guò)壓保護電壓為264V，過(guò)壓恢復電壓為252V。電路還包括輔助電源部分，提供其他部分需要的15V 的VCC 電壓。

　　3.1 主電路和控制電路原理設計及參數設計

　　UCC28060 交錯并聯(lián)PFC 的工作原理：UCC28060含有兩個(gè)升壓PWM 功率變換控制電路。升壓電感中的電流正比于IC 的COMP 端的電壓，電感電流從峰值下斜至零的過(guò)程中，PFC 開(kāi)關(guān)MOSFET( 1 Q 、2 Q )都處于截止狀態(tài)。一旦電感( 1 L 、2 L )電流衰減到0，變換器則開(kāi)始下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的電感電流為三角波，其峰值由導通時(shí)間TON 和AC 電源電壓IN ( AC) V 及電感值L 設定，

　　在一個(gè)周期內， ON T 和L 可視為是不變的。在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中產(chǎn)生的三角波平均值與全波整流的電壓成正比，在A(yíng)C 線(xiàn)路電壓輸入端呈現電阻性輸入阻抗，并產(chǎn)生接近于1 的功率因數。UCC28060 調節兩個(gè)通道電感電流的相對相位差接近180o 。因此，在PFC 升壓變換器的輸入線(xiàn)路源和輸出電容器OUT C 上，有最小的紋波電流。輕載時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗遠大于導通損耗，關(guān)閉其中的一個(gè)功率級，可以減小開(kāi)關(guān)損耗，并使導通損耗略有增加，但開(kāi)關(guān)損耗的減小量遠大于導通損耗的增加量，從而可獲得最高的效率，這是交錯并聯(lián)PFC 的主要優(yōu)點(diǎn)之一。

　　3.2 市電判斷電路原理設計

　　市電判斷電路是輸入電壓檢測保護單元。它的功能是輸入異常，即輸入過(guò)壓、欠壓時(shí)實(shí)現對模塊的保護。一般的比較器有一個(gè)缺點(diǎn)是過(guò)于靈敏。而實(shí)際中往往是個(gè)范圍，例如設定欠壓保護在164V，那么在163V 就不保護，在165V 就保護。如果電壓在164V左右的時(shí)候，就會(huì )出現不停通斷的情況，而這種情況是不期望出現的。采用滯環(huán)比較器可以較好地解決上述問(wèn)題。滯環(huán)比較器的設計如圖4。滯環(huán)比較器的仿真輸出曲線(xiàn)如圖5。

　　輔助電源[4]的控制芯片用UC3842，來(lái)提供其他部分的15V 的VCC 電壓。UC3842 是Unitorde 公司生產(chǎn)的一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調制芯片。輔助電源的電路圖如圖8，工作原理：輸入電壓經(jīng)電阻分壓連到UC3842 的供電端(7 腳)，為UC3842提供啟動(dòng)電壓，電路啟動(dòng)后變壓器的副繞組的整流濾波電壓一方面為UC3842 提供正常工作電壓，另一方面經(jīng)61 R 、67 R 分壓加到誤差放大器的反相輸入端 2腳，為UC3842 提供負反饋電壓，其規律是此腳電壓越高驅動(dòng)脈沖的占空比越小，以此穩定輸出電壓。4腳和8 腳外接的6 R 、8 C 決定了振蕩頻率，其振蕩頻率的最大值可達500KHz。66 R 、33 C 用于改善增益和頻率特性。6 腳輸出的方波信號經(jīng)63 R 、64 R 分壓后驅動(dòng)MOSFEF 功率管，變壓器原邊繞組的能量傳遞到副邊繞組，經(jīng)整流濾波后輸出各數值不同的直流電壓供負載使用。電阻68 R 與69 R 用于電流檢測，經(jīng)65 R 、34 C濾濾后送入UC3842 的3 腳形成電流反饋環(huán). 所以由UC3842 構成的電源是雙閉環(huán)控制系統，電壓穩定度非常高，當UC3842 的3 腳電壓高于1V 時(shí)振蕩器停振，保護功率管不至于過(guò)流而損壞。

　　(1)市電判斷電路的檢測與調試

　　給市電判斷電路的VCC 加15V 直流電壓，給U3B的LM293 的5 腳加弱電，電壓從0 逐漸增大，當增大到9.4V 左右時(shí)繼電器吸合，說(shuō)明U3B 部分可正常工作，同樣也可以檢測7 腳電壓波形來(lái)判斷U3B 的正常與否。給SDCY 端口也就是市電判斷的輸入端口加直流電壓，從0 開(kāi)始增大，當增大到某數值時(shí)，7 腳電壓約為10V 左右，這里就是欠壓?jiǎn)?dòng)，繼續增大電壓，當增大到某數值時(shí)，7 腳電壓又下降為零點(diǎn)幾伏，這就是過(guò)壓關(guān)機。這就說(shuō)明市電判斷單元可以正常工作。

　　(2)UCC28060 控制電路的檢測與調試

　　給 UCC28060 的VCC 端即12 引腳接15V 直流電壓，再把UCC28060 的2、7、8 腳引出接線(xiàn)共同接到直流穩壓電源，所有的地接在一起，在電壓從0 逐漸增大的過(guò)程中，觀(guān)察MOSFET 即1 Q 和2 Q 的柵源驅動(dòng)波形，如果為相差1800 的方波信號，則表示UCC28060控制芯片工作正常。

　　(3)整個(gè)電路的檢測與調試

　　給輸入端子加交流電。電壓從0 逐漸增大，當輸出電壓達到160V 左右時(shí)，輔助電源開(kāi)始工作，提供給其他部分15V的VCC電壓。當輸入電壓增大到176V左右時(shí)，繼電器吸合，UCC28060 控制兩路開(kāi)關(guān)管的交錯導通，實(shí)現Boost 升壓和PFC,使輸出電壓穩定在420V 左右。減輕負載，至功率達到1000W,輸出電壓仍然穩定在420V 左右。

　　5.結論

　　本文采用 UCC28060 交錯并聯(lián)模式功率因數校正控制器完成1KW 的液晶電視電源設計，UCC28060 以其獨特的交錯式PFC，減小了輸入輸出電流紋波，電容尺寸減小，降低電源系統的成本和能耗，同時(shí)兩通道監測過(guò)電壓信號能夠提供冗余和容錯，極大提高了電源系統的可靠性。系統包含市電判斷功能，提高了系統的安全性能;系統還包含輔助電源部分，為控制部分提供穩定電壓，方便簡(jiǎn)捷。

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