基于UCC28060 交錯(cuò)并聯(lián)控制器的液晶電視電源系統(tǒng)

　　1.引言

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

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

　　(3)利用無傳感器電流整形技術(shù)，可以簡化布局和提高效率;(4)提供浪涌電流限制，消除輸出整流器的反向恢復(fù)。這些獨(dú)特的系統(tǒng)控制與保護(hù)特性，提高了電源系統(tǒng)的可靠性。與傳統(tǒng)單相TM(也稱為臨界導(dǎo)電模式CRM 或不連續(xù)導(dǎo)電模式DCM)或連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)拓?fù)?/strong>相比，雙相交錯(cuò)高性能控制器UCC28060 簡化了電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而節(jié)省了系統(tǒng)成本和PC 尺寸，提高了效率和設(shè)計(jì)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(bǔ)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(shè)備提供電源

　　TSET：時(shí)間設(shè)置。PWM 的導(dǎo)通時(shí)間設(shè)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(dǎo)放大器。電壓調(diào)節(jié)環(huán)路補(bǔ)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(dāng)輸入電流增加時(shí)，CS端的負(fù)電壓增大。當(dāng)CS 端電壓大于上升門限即過流保護(hù)門限電壓(約-200mV)時(shí)，這種逐周期過流保護(hù)通過關(guān)斷兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)(GDA 和GDB)來限制輸入電流的增加。GDA 和GDB 保持低輸出直到CS 的電壓降至下降門限(約-15mV)。GDA、GDB：A、B 通道的柵極驅(qū)動(dòng)輸出。用最短的線連接這些引腳到功率場效應(yīng)管的柵極。HVSEN：過壓檢測輸入端。UCC28060 包含故障過壓保護(hù)功能，任何一個(gè)故障不會(huì)引起電流超過安全等級。VSENSE 和HVSEN 引腳檢測輸出的過電壓，如果任何一個(gè)引腳的電壓超過過電壓門限，將關(guān)斷PWM。用兩個(gè)引腳監(jiān)測過電壓信號能夠提供冗余和容錯(cuò)。當(dāng)HVSEN 上的電壓在工作范圍內(nèi)，HVSEN 還可以使能下游變換器。PGND：集成電路的功率地。用獨(dú)立短線連接此引腳和AGND 來隔離模擬信號對門驅(qū)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(zhuǎn)換器。當(dāng)B 通道不工作的時(shí)候，A 通道導(dǎo)通時(shí)間的控制信號加倍，有助于在瞬態(tài)管理過程中保持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(yùn)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設(shè)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(zhuǎn)換器輸出的分壓器上。為了達(dá)到最佳的輸出調(diào)節(jié)精度和抗噪聲性能，分壓器用獨(dú)立的短路徑接地。ZCDA、ZCDB：零電流檢測輸入：當(dāng)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。信號通過限流電阻ZA R 、ZB R 與電感副邊繞組相連接，使電流不超過3mA。當(dāng)電感電流降為0 時(shí)，ZCD 的輸入必定降低到關(guān)斷門限電壓以下(大約為1V)，導(dǎo)致柵極驅(qū)動(dòng)的輸出電壓上升。當(dāng)功率場效應(yīng)管MOSFET 關(guān)斷時(shí)，ZCD 的輸入必定升高超過上升門限電壓(約1.7V)，產(chǎn)生另一個(gè)ZCD 下降沿。

　　3.基于UCC28060 交錯(cuò)并聯(lián)PFC 液晶電視電源

　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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 ，滿載下效率η = 0.95，最低開關(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，在輸入過壓、欠壓時(shí)實(shí)現(xiàn)對模塊的保護(hù)。輸入欠壓啟動(dòng)電壓為176V,欠壓關(guān)機(jī)電壓為164V,過壓保護(hù)電壓為264V，過壓恢復(fù)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(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)計(jì)

　　UCC28060 交錯(cuò)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程中，PFC 開關(guān)MOSFET( 1 Q 、2 Q )都處于截止?fàn)顟B(tài)。一旦電感( 1 L 、2 L )電流衰減到0，變換器則開始下一個(gè)開關(guān)周期。在每個(gè)開關(guān)周期中的電感電流為三角波，其峰值由導(dǎo)通時(shí)間TON 和AC 電源電壓IN ( AC) V 及電感值L 設(shè)定，

　　在一個(gè)周期內(nèi)， ON T 和L 可視為是不變的。在每個(gè)開關(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AC 線路電壓輸入端呈現(xiàn)電阻性輸入阻抗，并產(chǎn)生接近于1 的功率因數(shù)。UCC28060 調(diào)節(jié)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路源和輸出電容器OUT C 上，有最小的紋波電流。輕載時(shí)，開關(guān)損耗遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗，關(guān)閉其中的一個(gè)功率級，可以減小開關(guān)損耗，并使導(dǎo)通損耗略有增加，但開關(guān)損耗的減小量遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗的增加量，從而可獲得最高的效率，這是交錯(cuò)并聯(lián)PFC 的主要優(yōu)點(diǎn)之一。

　　3.2 市電判斷電路原理設(shè)計(jì)

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

　　輔助電源[4]的控制芯片用UC3842，來提供其他部分的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(diào)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(fù)反饋電壓，其規(guī)律是此腳電壓越高驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比越小，以此穩(wěn)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(dá)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(qū)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(shù)值不同的直流電壓供負(fù)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U(xiǎn)C3842 的3 腳形成電流反饋環(huán). 所以由UC3842 構(gòu)成的電源是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓穩(wěn)定度非常高，當(dāng)UC3842 的3 腳電壓高于1V 時(shí)振蕩器停振，保護(hù)功率管不至于過流而損壞。

　　(1)市電判斷電路的檢測與調(diào)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(dāng)增大到9.4V 左右時(shí)繼電器吸合，說明U3B 部分可正常工作，同樣也可以檢測7 腳電壓波形來判斷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 開始增大，當(dāng)增大到某數(shù)值時(shí)，7 腳電壓約為10V 左右，這里就是欠壓啟動(dòng)，繼續(xù)增大電壓，當(dāng)增大到某數(shù)值時(shí)，7 腳電壓又下降為零點(diǎn)幾伏，這就是過壓關(guān)機(jī)。這就說明市電判斷單元可以正常工作。

　　(2)UCC28060 控制電路的檢測與調(diào)試

　　給 UCC28060 的VCC 端即12 引腳接15V 直流電壓，再把UCC28060 的2、7、8 腳引出接線共同接到直流穩(wěn)壓電源，所有的地接在一起，在電壓從0 逐漸增大的過程中，觀察MOSFET 即1 Q 和2 Q 的柵源驅(qū)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(diào)試

　　給輸入端子加交流電。電壓從0 逐漸增大，當(dāng)輸出電壓達(dá)到160V 左右時(shí)，輔助電源開始工作，提供給其他部分15V的VCC電壓。當(dāng)輸入電壓增大到176V左右時(shí)，繼電器吸合，UCC28060 控制兩路開關(guān)管的交錯(cuò)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)Boost 升壓和PFC,使輸出電壓穩(wěn)定在420V 左右。減輕負(fù)載，至功率達(dá)到1000W,輸出電壓仍然穩(wěn)定在420V 左右。

　　5.結(jié)論

　　本文采用 UCC28060 交錯(cuò)并聯(lián)模式功率因數(shù)校正控制器完成1KW 的液晶電視電源設(shè)計(jì)，UCC28060 以其獨(dú)特的交錯(cuò)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(tǒng)的成本和能耗，同時(shí)兩通道監(jiān)測過電壓信號能夠提供冗余和容錯(cuò)，極大提高了電源系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)包含市電判斷功能，提高了系統(tǒng)的安全性能;系統(tǒng)還包含輔助電源部分，為控制部分提供穩(wěn)定電壓，方便簡捷。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] Natural Interleaving TM DUAL-PHASE TRANSION

　　MODE PFC CONTROLLER.www.ti.com, 2008

　　[2] 王山山. 交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC 變換器的研究. [碩士學(xué)位

　　論文]. 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院,2010.

　　[3] 陳文明, 黃如海,謝少軍. 交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC 變換器設(shè)

　　計(jì). 電源學(xué)報(bào). 2011, 4(63-66)

　　[4] 侯云海, 孫士華. 光伏逆變輔助電源的設(shè)計(jì). 電子科技.

　　2012, 3(28)