基于UCC28600的準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案

來源：電子技術(shù)網(wǎng)  作者：李惺,靳麗等2014年01月08日 11:16

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[導(dǎo)讀] 本文提出了一種基于UCC28600控制器的準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案，該方案分析了準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)電源的工作原理及實現(xiàn)方式，給出了電路及參數(shù)設(shè)計和選擇過程，以及實際工作開關(guān)波形。

關(guān)鍵詞：UCC28600反激式電路電源開關(guān)

　　本文提出了一種基于UCC28600控制器的準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案，該方案分析了準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)電源的工作原理及實現(xiàn)方式，給出了電路及參數(shù)設(shè)計和選擇過程，以及實際工作開關(guān)波形。實驗證明，該方案中所設(shè)計的準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)電源具有輸入電壓范圍寬、轉(zhuǎn)換效率高、低EMI、工作穩(wěn)定可靠的特點。準(zhǔn)諧振技術(shù)降低了MOSFET的開關(guān)損耗，提高產(chǎn)品可靠性。

　　0 引言

　　準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換是十分成熟的技術(shù)，廣泛用于消費產(chǎn)品的電源設(shè)計中。新型的綠色電源系列控制器實現(xiàn)低至150 mW 的典型超低待機(jī)功耗。本文將闡述準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器是如何提高電源效率以及如何用UCC28600設(shè)計準(zhǔn)諧振電源。

　　1 常規(guī)的硬開關(guān)反激電路

　　圖1 所示為常規(guī)的硬開關(guān)反激式轉(zhuǎn)換器電路。這種不連續(xù)模式反激式轉(zhuǎn)換器（DCM）一個工作周期分為三個工作區(qū)間：（ t0 ~ t1）為變壓器向負(fù)載提供能量階段，此時輸出二極管導(dǎo)通，變壓器初級的電流通過Np:Ns的耦合流向輸出負(fù)載，逐漸減小。

　　MOSFET電壓由三部分疊加而成：輸入直流電壓VDC、輸出反射電壓VFB、漏感電壓VLK.到 t1 時刻，輸出二極管電流減小到0，此時變壓器的初級電感和和寄生電容構(gòu)成一個弱阻尼的諧振電路，周期為2π LC 。在停滯區(qū)間（ t1~ t2），寄生電容上的電壓會隨振蕩而變化，但始終具有相當(dāng)大的數(shù)值。當(dāng)下一個周期t2 節(jié)點，MOSFET 導(dǎo)通時間開始時，寄生電容（COSS和CW ）上電荷會通過MOSFET放電，產(chǎn)生很大的電流尖峰。由于這個電流出現(xiàn)時MOSFET存在一個很大的電壓，該電流尖峰因此會做成開關(guān)損耗。此外，電流尖峰含有大量的諧波含量，從而產(chǎn)生EMI.

　　2 準(zhǔn)諧振反激式設(shè)計的實現(xiàn)

　　利用檢測電路來有效地“感測”MOSFET 漏源電壓（VDS ）的第一個最小值或谷值，并僅在這時啟動MOS-FET導(dǎo)通時間，由于寄生電容被充電到最低電壓，導(dǎo)通的電流尖峰將會最小化。這情況常被稱為谷值開關(guān)（Valley Switching）或準(zhǔn)諧振開關(guān)。這種電源是由輸入電壓/負(fù)載條件決定的可變頻率系統(tǒng)。換言之，調(diào)節(jié)是通過改變電源的工作頻率來進(jìn)行，不管當(dāng)時負(fù)載或輸入電壓是多少，MOSFET始終保持在谷底的時候?qū)ā＿@類型的工作介于連續(xù)（CCM） 和不連續(xù)條件模式（DCM）之間。因此，以這種模式工作的轉(zhuǎn)換器被稱作在臨界電流模式（CRM）下工作。臨界模式下MOSFET漏源電壓如圖2所示。

　　在反激式電源設(shè)計中采用準(zhǔn)諧振開關(guān)方案有著許多優(yōu)點：

　　（1）降低導(dǎo)通損耗

　　由于MOSFET導(dǎo)通具有最小的漏源電壓，故可以減小導(dǎo)通電流尖峰。減輕了MOSFET的壓力，降低器件的溫度。

　　（2）降低輸出二極管反向恢復(fù)損耗

　　由于二次側(cè)的整流管零電流關(guān)斷，反向恢復(fù)損耗降低，從而提高電源整體效率。

　　（3）減少EMI

　　導(dǎo)通電流尖峰的減小以及在準(zhǔn)諧振過程中存在頻率抖動，將會減小EMI 噪聲，這就減少EMI濾波器的使用數(shù)量，從而降低電源成本。

　　3 基于UCC28600 控制器的鎢燈電源的設(shè)計

　　3.1 UCC28600控制器的主要特性

　　UCC28600 控制器的主要特性有先進(jìn)的綠色模式控制方式；低EMI 及低損耗（谷底開關(guān)）的準(zhǔn)諧振控制方式；空載損耗小于150 mW（低待機(jī)電流）；低啟動電流（最大25 μA）；可編程過壓保護(hù)（輸入電壓和輸出電壓）；內(nèi)置過溫保護(hù)，溫度回復(fù)后可自動重啟；限流保護(hù)：逐周期限功率，過電流打嗝式重啟；可編程軟啟動；集成綠色狀態(tài)腳（PFC使能端）。

　　3.2 UCC28600工作原理

　　UCC28600內(nèi)部集成了UVLO比較器，高頻振蕩器，準(zhǔn)諧振控制器和軟起動控制器，待機(jī)模式跳脈沖比較器，輸入和輸出過電壓保護(hù)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

　　（1）UVLO比較器

　　UCC28600 的VDD 電壓在13 V 起動，在低于8 V 時關(guān)閉，有5 V的滯差電壓，可以提高UCC28600工作的穩(wěn)定性。

　　（2）內(nèi)部振蕩器

　　UCC28600內(nèi)部集成了一個40~130 kHz的振蕩器。

　　（3）準(zhǔn)諧振控制器和軟起動控制器

　　UCC28600采用準(zhǔn)諧振的開關(guān)變換器以提高轉(zhuǎn)換效率，利用變壓器的勵磁磁通，在開關(guān)關(guān)斷期間，檢測變壓器繞組的輸出電壓，如果電壓偏低及處于振蕩的波谷時，可以確認(rèn)該時刻變壓器勵磁磁通耗盡，可以開啟下一周期。該準(zhǔn)諧振模式可分為臨界導(dǎo)通模式（CRM）和不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）以及頻率調(diào)制模式（FFM）。

　　（4）待機(jī)模式和跳脈沖比較器

　　當(dāng)功率繼續(xù)減小，UCC28600進(jìn)入待機(jī)模式；頻率調(diào)制模式（FFM）頻率下降到40 kHz，不再減小；當(dāng)FB小于0.6 V 時，開關(guān)脈沖輸出關(guān)斷，當(dāng)FB 大于0.7 V 時，開關(guān)脈沖正常輸出，從而得到跳脈沖模式的待機(jī)工作狀態(tài)。

　　（5）輸入和輸出過電壓保護(hù)

　　OVP引腳為過電壓（線電壓和負(fù)載電壓）輸入腳以及諧振開通的響應(yīng)腳，此腳通過變壓器初級偏置線圈來偵測輸入過壓，負(fù)載過壓及諧振條件，其過壓點可通過與此腳相連的電阻來靈活調(diào)節(jié)。

　　3.3 鎢燈電源的技術(shù)指標(biāo)

　　輸入電壓：95~260 V AC 50/60 Hz;輸出電壓：5 V;輸出電流：4.3 A;可遙控關(guān)閉電源輸出。

12下一頁全文

本文導(dǎo)航

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• 第 2 頁：電源設(shè)計過程

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