ucc28019_基于UCC28019的高功率因數電源

　　引言

　　傳統的AC/DC變換采用二極管全橋整流，輸出端直接接大容量電容濾波器，造成交流電源輸入電流中含有大量諧波。諧波電流對電網(wǎng)有嚴重的危害，不僅會(huì )使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變，也會(huì )浪費大量的電能。隨著(zhù)電源綠色化概念的提出，功率因數校正得到了廣泛應用。所謂功率因數校正，就是指從電路上采取措施，使交流電源輸入電流實(shí)現正弦，并與輸入電壓保持同相。UCC28019是TI公司新近推出的一種功率因數校正芯片，該芯片采用平均電流模式對功率因數進(jìn)行校正，使輸入電流的跟蹤誤差產(chǎn)生的畸變小于1%，實(shí)現了接近于l的功率因數。本文介紹了UCC28019的內部結構、工作原理。在此基礎上，設計了一種高功率因數電源。

　　1 UCC28019簡(jiǎn)介

　　UCC28019是美國TI公司最新的有源功率因數校正(PFC)芯片。該芯片采用平均電流模式對功率因數進(jìn)行校正，適用于寬范圍通用交流輸入，輸出為100W至2kW的功率因數變換器。該芯片開(kāi)關(guān)頻率固定(65kHz)，具有峰值電流限制、軟過(guò)流保護、開(kāi)環(huán)檢測、輸入掉電保護、輸出過(guò)壓/欠壓保護等眾多系統保護功能。

　　1)UCC28019引腳功能

　　UCC28019的引腳排列如圖l所示。

　　各引腳功能為:

　　GND腳——地;

　　ICOMP腳——電流環(huán)路補償，跨導電流放大器的輸出端;

　　ISENSE腳——電感電流檢測;

　　VINS腳——交流輸入電壓檢測;

　　VCOMP腳——電壓環(huán)路補償，跨導電壓誤差放大器的輸出端;

　　VSENSE腳——輸出電壓檢測;

　　VCC腳——電源輸入端;

　　GATE腳——柵極驅動(dòng)輸出端;

　　2)UCC28019的內部結構

　　UCC28019內部結構圖如圖2所示：

　　3)UCC28019具體有以下保護功能

　　(1)軟啟動(dòng)(SS)

　　(2)VCC腳欠壓鎖定(UVLO)

　　(3)輸入掉電保護(IBOP)

　　(4)輸出過(guò)壓保護(OVP)/輸出欠壓保護(UVD)

　　(5)開(kāi)環(huán)保護/待機模式(OLP/Standby)

　　(6)過(guò)流保護

　　4)柵極驅動(dòng)

　　柵極驅動(dòng)輸出按電流最優(yōu)化結構設計，可以以較高的開(kāi)關(guān)速度直接驅動(dòng)大容量MOSFET的柵極。芯片內部的嵌位將MOSFET柵極上的電壓嵌位在12.5V，外部的柵極驅動(dòng)電阻RGATE限制了柵極驅動(dòng)電路的寄生電感及寄生電容的上升時(shí)間，并且抑制了振鈴，從而減少了電磁干擾(EMI)。

　　5)電流環(huán)路和電壓環(huán)路

　　電流環(huán)路由芯片內部的平均電流放大器，PWM比較器和芯片外部的升壓電感及電感電流檢測電阻組成。電壓環(huán)路由芯片內部的電壓誤差放大器，非線(xiàn)性增益和芯片外部的輸出電壓檢測電阻組成。

　　2 系統的工作原理

　　圖3所示的電路方框圖簡(jiǎn)單地描述了采用UCC28019作為控制芯片的有源功率因數校正的工作原理。柵極驅動(dòng)信號由電流放大器的輸出信號和電壓誤差放大器的輸出信號經(jīng)脈沖寬度比較器調制而成。當系統處于準穩態(tài)時(shí)，有：

　　式中：M1為電流放大器的增益;M2為PWM波的斜坡坡度;Rsense為電感電流檢測電阻;iLbst為電感平均電流;M(D)為升壓變換器的電壓轉換比;M1、M2由電壓誤差放大器和芯片內部參考電壓的差值決定，均可以控制輸入電流的幅值，且兩者的乘積滿(mǎn)足一定關(guān)系。當系統處于準穩態(tài)時(shí)，輸出電壓為定值，M1、M2也為定值，故有控制環(huán)路強迫電感電流跟隨輸入電壓波形以保持升壓調節。又因為Uin為正弦波，因此，電感平均電流同樣為正弦波。

　　3 電路主要參數設計

　　圖4為UCC28019典型應用電路原理圖。

　　1)開(kāi)關(guān)器件的選取

　　開(kāi)關(guān)器件的最大峰值電流IDS_PEAK(max)可通過(guò)以下公式計算：

　　根據輸出電壓的最大值及最大峰值電流，選擇相應的功率場(chǎng)效應管。

　　2)輸入濾波電容的選取

　　在允許有20%的電感電流紋波IRIPPLE和6%的高頻電壓紋波UIN_RIPPLE的情況下，輸入濾波電容的最大值CIN由輸入電流紋波IRIPPLE和輸入電壓紋波UIN_RIPPLE(max)決定。輸入濾波電容的值可通過(guò)以下公式計算：

　　根據計算所得的電容值，選擇相應的電容。

　　3)升壓電感的選取

　　升壓電感LBST在確定了電感峰值電流的最大值IL_PEAK(max)后作出選擇：

　　升壓電感的最小值根據最壞的情況(占空比為0.5)計算得出：

　　4)電感電流檢測電阻的選取

　　在電感電流超過(guò)最大峰值電流25%時(shí)，ISENSE腳電壓達到軟過(guò)流保護閾值的最小值，RSENSE將觸發(fā)軟過(guò)流保護。RSENSE可通過(guò)以下公式計算：

　　此外，為保護芯片免受沖擊電流的沖擊，在ISENSE腳處串聯(lián)一個(gè)阻值為220Ω的電阻。

　　5)輸出電容的選取

　　輸出電容COUT通過(guò)滿(mǎn)足轉換器的延遲要求來(lái)計算。在一個(gè)線(xiàn)性周期內，tHOLDUP=l/fLINE(min)，電容的最小值可通過(guò)以下公式計算：

　　6)電壓反饋電阻的選取

　　為降低功耗并使電壓設置誤差達到最小，使用1MΩ作為電壓反饋?lái)敳康姆謮弘娮鑂FB1，通過(guò)內部5V的參考電壓URR選取底部的分壓電阻RFB2以滿(mǎn)足輸出電壓的設計指標：

　　根據計算所得的輸出電容最小值，選擇相應的電解電容。

　　4 設計實(shí)例及實(shí)驗結果

　　在分析了UCC28019工作原理及主要參數設計的基礎上，設計了一種高功率因數電源，該電源輸入為交流220V，輸出為直流360V，功率為500W。

　　交流電源輸入端的電壓和電流波形如圖5所示：

　　使用鉗型表測得該電源的功率因數為0.991。實(shí)驗測得的波形和數據表明系統正常工作后，諧波含量基本消除，輸入電流波形與輸入電壓波形保持一致。

　　5 結束語(yǔ)

　　基于UCC28019設計的高功率因數電源具有功率因數高、諧波含量低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該芯片具有應用簡(jiǎn)單，保護功能強大，驅動(dòng)能力強，調試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常優(yōu)秀的功率因數校正芯片。