反激控制IC—UCC28600芯片簡介及其工作原理
芯片簡介
1.主要特點
新一代節(jié)能的AC/DC電源控制系統(tǒng)必須采用綠色模式的準(zhǔn)諧振式工作,以減少EMI(電磁于擾)、提高效率、降低待機(jī)損耗。TI公司的UCC28600以一種特色技術(shù)解決上述要求,UCC28600主要特點如下:
(l)極低待機(jī)功耗(l50mW),符合歐洲新的綠色能源標(biāo)準(zhǔn)。 (2)準(zhǔn)諧振式工作,降低EMI,降低開關(guān)損耗。 (3)極低起動電流,最大僅25 μA。 (4)可調(diào)過電壓保護(hù),包括輸入線路過電壓及輸出過電壓。 (5)芯片內(nèi)部過熱倮護(hù),降溫到某一水平后重新起動。 (6)過流保護(hù),逐個周期式限流及“打呃”式保護(hù)。 (7)強(qiáng)輸出驅(qū)動能力,有0.75A輸出,IA漏入能力。 (8)軟起動可調(diào)節(jié)。 (9)UCC28600主要用于LCD - TV、MONITOR及機(jī)頂盒電源、各種AC/DC適配器、充電器,輸出功率可到200W。 2.引腳功能 1PIN 55:軟起動。接一電容到GND,內(nèi)部電流源為其充電,改變電容即改變充電時間,改變軟起動時間。故障時9此電容即放電,經(jīng)由內(nèi)部一支小MOSFET放電9降下55端電壓,即降下內(nèi)部FB端電壓,做到峰值電流限制。 2PIN FB:反饋輸入或控制輸人。從光耦直接送到PWM比較器,用于控制功率MOSFET的峰值電流,內(nèi)部有一支20kΩ電阻從此端接到5V基準(zhǔn),所以光耦的光電三極管可直接接入。此端電壓控制著IC的三個工作模式:準(zhǔn)諧振(QR)模式、頻率折返(FFM)模式及猝發(fā)模式(Borst Mode)。 3PIN CS:電流檢測輸入端。調(diào)節(jié)功率限制,可調(diào)制過流保護(hù),CS端電壓輸人從電流檢測電阻接人,再用兩端之間的電阻值大小調(diào)節(jié)功率限制。 4PIN GMD:公共端。從Vcc端到GND用0.1 微法的旁路電容旁路。 5PIN OUT:輸出驅(qū)動端。源出0.75A,漏人IA,輸出電平為Vcc 到GND。 6PIN VDD:IC供電端。能量從輔助繞組供應(yīng),為防止起動過程中的“打呃”工作,還要一支較大的儲能電容作旁路。 7PIN 0VP:過壓保護(hù)端。檢測輸入線路的0VP,負(fù)載的0VP經(jīng)QR開啟給出,用—次偏置繞組同時進(jìn)行上述三種功能。 8PIN STATUS:有源高電平開路漏極信號。作待機(jī)模式用,并用它去禁止PFC的Vcc供應(yīng)。 3.主要功能 UCC28600是一個多種模式的控制器,控制流程如圖1 -2所示9在不同模式的工作效率如圖1 -3所示,工作模式取決于線路及負(fù)載條件,在各種工作模式下,UCC28600終止輸出為高電平信號是基于開關(guān)電流,于是UCC28600總是工作在電流模式控制,所以功率MOSFET的電流總是要限制的。 在正常工作模式下,F(xiàn)B端命令UCC28600 的工作模式在電壓閾值上,F(xiàn)B端的控制模式如圖1 -1所示,軟起動及故障時除外。軟起動模式由硬開關(guān)控制變換器工作在40kHz,在Vfb低于Vss,UVLO起作用時,軟起動模式被鎖住,軟起動狀態(tài)恢復(fù)直到UVLO關(guān)斷之后。 圖1-1UCC28600 FB端的控制模式 圖1-2UCC28600 的控制流程 圖1-3 UCC28600 在不同模式的工作頻率 在正常工作負(fù)載時(從100%~30%負(fù)載),UCC28600控制變換器在準(zhǔn)諧振下工作(QRM)或斷續(xù)電流下工作(DCM),此時DCM工作將頻率鉗制在130kHz。在10%~30%負(fù)載時,變換器工作在頻率折返模式下(FFM),此時,峰值開關(guān)電流恒定,輸出電壓穩(wěn)壓曲頻率調(diào)制解決”有效地工作在FFM,結(jié)果用恒定的伏秒積常數(shù)給反激變換器變壓器的每個周期,F(xiàn)FM下的調(diào)整率用改變開關(guān)頻率的方法實現(xiàn),范圍為130~40kHz。在最輕載時(lO%),變換器進(jìn)入猝發(fā)工作模式,頻率為40kHz,猝發(fā)模式的平均頻率與FEM的40kHz時相同,因為猝發(fā)模式下用同樣的伏秒積控制技術(shù),保持在待機(jī)工作的臨界狀態(tài)中間,這由變換器的設(shè)計參數(shù)決定,如圖1 -1所示。 細(xì)節(jié)方框功能圖如圖I -4、圖I -5、圖1 -6、圖1 -7所示。在所有工作模式下,控制器都是電流型控制,此即UCC28600監(jiān)視FB端電壓作出的決定9以相應(yīng)地改變工作模式。 圖1 -4 振蕩器電路細(xì)節(jié) 圖1 -5 鉗制模式電路細(xì)節(jié) 圖1 -6 UCC28600的QR檢測電路細(xì)節(jié) 準(zhǔn)諧振及DCM出現(xiàn)在Yfb反饋電壓為2.0~4.0V時,相應(yīng)地, CS端電壓在0.4~0.8V,逐個周期的功率限制利用一個固定的0.8V CS限制電壓,過流關(guān)斷閾值在圖l-7中給出,在QR*率限制特色示于圖1 -6。給CS的偏移電壓正比于線路電壓,功率限制特色用Rpl調(diào)節(jié)。 (1)準(zhǔn)諧振/DCM控制。準(zhǔn)諧振(QR)及DCM工作出現(xiàn)在反饋電壓Vfb為2.0~4.0V之間。在運(yùn)轉(zhuǎn)時,CS峰值電壓在0.4~0.8V。在此控制模式,OUT的上升沿總是出現(xiàn)在去磁諧振振鈴的谷底處,谷底開關(guān)是QR工作的必須部分,諧振谷底開關(guān)是用來使系統(tǒng)鉗制在最高頻率的。換句話說,在DCM中頻率變化為使開關(guān)出現(xiàn)在第一個諧振谷底,即7.7 μs(130kHz)處,注意CS端有一內(nèi)部電流源1/2 Iline,它是逐個周期式功率限制功能的控制要素之一。 圖1 -7 UCC28600的故障邏輯電路細(xì)節(jié) (2)頻率折返式控制。頻率折返模式是用故障邏輯執(zhí)行的,如圖1 -7所示。模式鉗制電路如圖1 -5所示。在最小工作頻率時,內(nèi)部振蕩器的鋸齒波有4V峰值,0.IV谷底。當(dāng)FB端電壓在2.0~1.4V之間時,F(xiàn)B - CL信號命令振蕩器成壓控振蕩器(vco),并能鉗制振蕩器電壓,此外鉗制振蕩器限制vco工作在40~130kHz之間,F(xiàn)B - CL電壓由調(diào)制比較器送回來有效地鉗制折回的CS電壓到0.4V。 (3)猝發(fā)模式控制。猝發(fā)模式控制由故障邏輯進(jìn)行(見圖1 -7)及綠色模式電路。0SC - CL信號鉗制猝發(fā)模式工作頻率在40kHz之下,于是此時FS 電壓在1.4~0.6V之間,控制器命令傳至負(fù)載的能量不得超出。在此運(yùn)行時,誤差高而Vfb低,此時Vfb降到0。6V,輸入脈沖終止,直到Vfb升到0.7v。在此模式控制器工作在滯后控制, OUT脈沖在DC電壓達(dá)到0.4V時終止,功率限制令開關(guān)OFF,然后再重新ON。此時Vfb電壓要達(dá)到1.4V,如圖1 -5矸示。猝發(fā)模式減少了平均開關(guān)頻率,減少了開關(guān)損耗,提高了轉(zhuǎn)換效率。 (4)故障邏輯。先進(jìn)的邏輯控制,結(jié)合故障檢測提供了合適的功率供給,這種提供條件終止倮護(hù)狀態(tài),線路過電壓(0VP)、負(fù)載過電壓(0VP)都由此方框執(zhí)行,它還可防止內(nèi)部基準(zhǔn)低于4.5V時去工作,如果故障被檢測出來,如過熱、線路0VP、負(fù)載0VP,基準(zhǔn)電壓低落,則UCC28600即關(guān)斷。 參看圖1 -7、圖1 -6,為調(diào)整負(fù)載的0VP,選擇Rovp1、Rovp2分壓比到3.75V為關(guān)斷電壓,為調(diào)節(jié)線路0VP,則選擇R.ov、R-0V合成去驅(qū)動450μA電流,此時Vovp為2.5V。 (5)振蕩器。振蕩器如圖1 -4所示,內(nèi)部設(shè)置觸發(fā)點及鉗制到130kHz最高,40kHz最低,在猝發(fā)模式下,又低于40kHz。 (6)狀態(tài)端子。狀態(tài)端子為開漏極輸出,如圖1 -7所示。狀態(tài)端子的輸出在Vfb降到0.6V以下時,進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。在Vfb端升到1.4V以上時重新回到開啟狀態(tài)。綠色模式下用狀態(tài)端子控制PFC部分的關(guān)斷電路,如圖1-8所示。執(zhí)行此功能的關(guān)鍵元器件包括VT1、Rst1及fiRst2,電阻Rst1及fiRst2的選擇使VT1飽合,以便給PFC控制IC供電。而在綠色模式下,狀態(tài)端子變?yōu)楦咦杩筊st1令VT1關(guān)斷,使PFC控制IC關(guān)斷,進(jìn)入省電型。如果必要可用一支18V齊納二極管和電阻(Rcc接到VCC處。以確保PFC控制器安全工作。 圖1 - 8 綠色模式下用狀態(tài)端子控制PFC部分的關(guān)斷電路 (7)工作模式的調(diào)節(jié)。工作模式邊界的調(diào)節(jié)由變壓器及四個元件Rpl、Rcs,Rovp1及Rovp2執(zhí)行。變壓器特性影響模式是因其一次磁化電感和輸出電壓幅度(折返到一次的幅度),受MOSFET輸出電容及變壓器漏感的影響,設(shè)計過程要選擇磁化電感及三種模式下二次折返到一次的電壓。應(yīng)對最大負(fù)載及最高輸人電壓之下,實際電感在磁化電感和MOSFET漏極處測出的電容之間諧振要計算在內(nèi)。這是調(diào)節(jié)工作在QR/DCM邊界的條件,其他由振蕩器綠色模式?jīng)Q定。 上面四個元件,Rpl、Rcs,Rovp1及Rovp2必須調(diào)節(jié)設(shè)置好,它們會互相作用。UCC28600的設(shè)計計算在后面給出,為實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo),仔細(xì)地在變壓器參數(shù)和電阻值之間實現(xiàn)平衡。 (8)保護(hù)功能及特色。UCC28600具有很多保護(hù)特色,這是一款全新的特色設(shè)計,細(xì)述如下: 1)過熱保護(hù)。芯片過熱保護(hù)點設(shè)置在140℃,當(dāng)溫度降下15℃后重新恢復(fù)正常工作。 2)逐個周期功率限制。在每個周期結(jié)束時,CS端電壓超出0.8V,即達(dá)到過功率限制點。 3)電流限制。當(dāng)一次電流超過最大電流水平時,即CS端為1.25V電壓時,器件再次關(guān)斷。 4)過龜壓保護(hù)。線路及負(fù)載的過電壓保護(hù)由變壓器匝數(shù)比Rovp1及Rovp2調(diào)節(jié),0VP端有一個0V電壓源,能源出電流不能漏入。線路過壓保護(hù)出現(xiàn),此時0VP鉗在0V,當(dāng)偏置繞組變?yōu)樨?fù)向, OUT=HI或諧振時,0V電壓源鉗制0VP到0V,從0VP端源出電流,它與線路- 0VP比較器和QR檢測電路成鏡像,如果0VP電壓大于3.75V,線路一0VP比較器開始關(guān)斷程序,并被關(guān)斷。 5)欠電壓鎖定。此項保護(hù)用來應(yīng)對不適宜的偏置條件,欠電壓鎖定監(jiān)視VDD ,并防止其在UVLO閾值下工作。
評論