基于UCC28060 交錯并聯(lián)控制器的液晶電視電源系統(tǒng)
1.引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/327668.htmUCC28060 是德州儀器(TI)推出的雙相交錯切換模式(Transition Mode, TM)功率因數(shù)校正控制器,應用于100W-1000W 電源、液晶和DLP 電視、電腦電源、入門級服務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,其特征[1]:(1)簡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)雙路徑輸出過壓檢測與保護,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,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。這些獨特的系統(tǒng)控制與保護特性,提高了電源系統(tǒng)的可靠性。與傳統(tǒng)單相TM(也稱為臨界導電模式CRM 或不連續(xù)導電模式DCM)或連續(xù)導電模式(CCM)拓撲相比,雙相交錯高性能控制器UCC28060 簡化了電源系統(tǒng)設計,從而節(jié)省了系統(tǒng)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。它為這個電路中所有的設備提供電源
TSET:時間設置。PWM 的導通時間設置的輸入。COMP:誤差放大器輸出端。這個誤差放大器是一個跨導放大器。電壓調(diào)節(jié)環(huán)路補償組件連接到此引腳和AGND 腳。在軟啟動事件中(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,CS端的負電壓增大。當CS 端電壓大于上升門限即過流保護門限電壓(約-200mV)時,這種逐周期過流保護通過關斷兩個柵極驅動(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 通道的柵極驅動輸出。用最短的線連接這些引腳到功率場效應管的柵極。HVSEN:過壓檢測輸入端。UCC28060 包含故障過壓保護功能,任何一個故障不會引起電流超過安全等級。VSENSE 和HVSEN 引腳檢測輸出的過電壓,如果任何一個引腳的電壓超過過電壓門限,將關斷PWM。用兩個引腳監(jiān)測過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(nèi),HVSEN 還可以使能下游變換器。PGND:集成電路的功率地。用獨立短線連接此引腳和AGND 來隔離模擬信號對門驅動的干擾。
PHB:B 階段使能端。此引腳接通或關斷B 通道的升壓轉換器。當B 通道不工作的時候,A 通道導通時間的控制信號加倍,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:正常運行時,此引腳連接到整流橋正極的分壓器。這個輸入檢測輸入電壓范圍來設置斜率,并且檢測欠壓。VREF:參考電壓輸出端。這個6V 直流參考電壓可用于偏置電路。
VSENSE:輸出直流電壓檢測。連接這個引腳功率轉換器輸出的分壓器上。為了達到最佳的輸出調(diào)節(jié)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,ZCDA 與ZCDB 的輸入會有一個下降沿,這個輸入被箝位在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。當電感電流降為0 時,ZCD 的輸入必定降低到關斷門限電壓以下(大約為1V),導致柵極驅動的輸出電壓上升。當功率場效應管MOSFET 關斷時,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ZCD 下降沿。
3.基于UCC28060 交錯并聯(lián)PFC 液晶電視電源
系統(tǒng)的設計技術要求: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、欠壓時實現(xiàn)對模塊的保護。輸入欠壓啟動電壓為176V,欠壓關機電壓為164V,過壓保護電壓為264V,過壓恢復電壓為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(shù)設計
UCC28060 交錯并聯(lián)PFC 的工作原理:UCC28060含有兩個升壓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,變換器則開始下一個開關周期。在每個開關周期中的電感電流為三角波,其峰值由導通時間TON 和AC 電源電壓IN ( AC) V 及電感值L 設定,
在一個周期內(nèi), ON T 和L 可視為是不變的。在每個開關周期中產(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,開關損耗遠大于導通損耗,關閉其中的一個功率級,可以減小開關損耗,并使導通損耗略有增加,但開關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,即輸入過壓、欠壓時實現(xiàn)對模塊的保護。一般的比較器有一個缺點是過于靈敏。而實際中往往是個范圍,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左右的時候,就會出現(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)比較器的設計如圖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提供啟動電壓,電路啟動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(guī)律是此腳電壓越高驅動脈沖的占空比越小,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(tǒng),電壓穩(wěn)定度非常高,當UC3842 的3 腳電壓高于1V 時振蕩器停振,保護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,當增大到9.4V 左右時繼電器吸合,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,當增大到某數(shù)值時,7 腳電壓約為10V 左右,這里就是欠壓啟動,繼續(xù)增大電壓,當增大到某數(shù)值時,7 腳電壓又下降為零點幾伏,這就是過壓關機。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 的柵源驅動波形,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,當輸出電壓達到160V 左右時,輔助電源開始工作,提供給其他部分15V的VCC電壓。當輸入電壓增大到176V左右時,繼電器吸合,UCC28060 控制兩路開關管的交錯導通,實現(xiàn)Boost 升壓和PFC,使輸出電壓穩(wěn)定在420V 左右。減輕負載,至功率達到1000W,輸出電壓仍然穩(wěn)定在420V 左右。
5.結論
本文采用 UCC28060 交錯并聯(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(tǒng)的成本和能耗,同時兩通道監(jiān)測過電壓信號能夠提供冗余和容錯,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
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