方案推荐基于UCC的高功率因数电源.doc

Big-bitBig-bit大比特电源供应器网 http://power.big- UCC28019UCC28019 的高功率因数电源的高功率因数电源【大比特导读】基于 UCC28019 设计的高功率因数电源具有功率因数高、谐波 含量低的优点同时，该芯片具有应用简单，保护功能强大，驱动能力强，调 试简单等优点，是一种非常优秀的功率因数校正芯片0 引言传统的 AC/DC 变换采用二极管全桥整流，输出端直接接大容量电容滤波器，造 成交流电源输入电流中含有大量谐波谐波电流对电网有严重的危害，不仅会 使电网电压发生畸变，也会浪费大量的电能随着电源绿色化概念的提出，功 率因数校正得到了广泛应用所谓功率因数校正，就是指从电路上采取措施， 使交流电源输入电流实现正弦，并与输入电压保持同相UCC28019 是 TI 公司 新近推出的一种功率因数校正芯片，该芯片采用平均电流模式对功率因数进行 校正，使输入电流的跟踪误差产生的畸变小于 1%，实现了接近于 l 的功率因数 本文介绍了 UCC28019 的内部结构、工作原理在此基础上，设计了一种高功率 因数电源l UCC28019 简介UCC28019 是美国 TI 公司最新的有源功率因数校正(PFC)芯片。

该芯片采用平均 电流模式对功率因数进行校正，适用于宽范围通用交流输入，输出为 100W 至 2kW 的功率因数变换器该芯片开关频率固定(65kHz)，具有峰值电流限制、软 过流保护、开环检测、输入掉电保护、输出过压/欠压保护等众多系统保护功能1)UCC28019 引脚功能UCC28019 的引脚排列如图 l 所示No.2Big-bitBig-bit大比特电源供应器网各引脚功能为：GND 脚——地;ICOMP 脚——电流环路补偿，跨导电流放大器的输出端;ISENSE 脚——电感电流检测;VINS 脚——交流输入电压检测;VCOMP 脚——电压环路补偿，跨导电压误差放大器的输出端;VSENSE 脚——输出电压检测;VCC 脚——电源输入端;GATE 脚——栅极驱动输出端;2)UCC28019 的内部结构UCC28019 内部结构图如图 2 所示：No.3Big-bitBig-bit大比特电源供应器网3)UCC28019 具体有以下保护功能(1)软启动(SS)(2)VCC 脚欠压锁定(UVLO)(3)输入掉电保护(IBOP)(4)输出过压保护(OVP)/输出欠压保护(UVD)(5)开环保护/待机模式(OLP/Standby)(6)过流保护4)栅极驱动栅极驱动输出按电流最优化结构设计，可以以较高的开关速度直接驱动大容量 MOSFET 的栅极。

芯片内部的嵌位将 MOSFET 栅极上的电压嵌位在 12.5V，外部的 栅极驱动电阻 RGATE 限制了栅极驱动电路的寄生电感及寄生电容的上升时间， 并且抑制了振铃，从而减少了电磁干扰(EMI)No.4Big-bitBig-bit大比特电源供应器网5)电流环路和电压环路电流环路由芯片内部的平均电流放大器，PWM 比较器和芯片外部的升压电感及 电感电流检测电阻组成电压环路由芯片内部的电压误差放大器，非线性增益 和芯片外部的输出电压检测电阻组成2 系统的工作原理图 3 所示的电路方框图简单地描述了采用 UCC28019 作为控制芯片的有源功率因 数校正的工作原理栅极驱动信号由电流放大器的输出信号和电压误差放大器 的输出信号经脉冲宽度比较器调制而成当系统处于准稳态时，有：式中：M1 为电流放大器的增益;M2 为 PWM 波的斜坡坡度;Rsense 为电感电流检测电阻;iLbst 为电感平均电流;M(D)为升压变换器的电压转换比;M1、M2 由电压 误差放大器和芯片内部参考电压的差值决定，均可以控制输入电流的幅值，且 两者的乘积满足一定关系当系统处于准稳态时，输出电压为定值，M1、M2 也 为定值，故有控制环路强迫电感电流跟随输入电压波形以保持升压调节。

又因 为 Uin 为正弦波，因此，电感平均电流同样为正弦波No.5Big-bitBig-bit大比特电源供应器网3 电路主要参数设计图 4 为 UCC28019 典型应用电路原理图1)开关器件的选取开关器件的最大峰值电流 IDS_PEAK(max)可通过以下公式计算：No.6Big-bitBig-bit大比特电源供应器网根据输出电压的最大值及最大峰值电流，选择相应的功率场效应管2)输入滤波电容的选取在允许有 20%的电感电流纹波 IRIPPLE 和 6%的高频电压纹波 UIN_RIPPLE 的情况 下，输入滤波电容的最大值 CIN 由输入电流纹波 IRIPPLE 和输入电压纹波 UIN_RIPPLE(max)决定输入滤波电容的值可通过以下公式计算：根据计算所得的电容值，选择相应的电容3)升压电感的选取升压电感 LBST 在确定了电感峰值电流的最大值 IL_PEAK(max)后作出选择：No.7Big-bitBig-bit大比特电源供应器网升压电感的最小值根据最坏的情况(占空比为 0.5)计算得出：4)电感电流检测电阻的选取在电感电流超过最大峰值电流 25%时，ISENSE 脚电压达到软过流保护阈值的最 小值，RSENSE 将触发软过流保护。

RSENSE 可通过以下公式计算：此外，为保护芯片免受冲击电流的冲击，在 ISENSE 脚处串联一个阻值为 220Ω 的电阻5)输出电容的选取输出电容 COUT 通过满足转换器的延迟要求来计算在一个线性周期内， tHOLDUP=l/fLINE(min)，电容的最小值可通过以下公式计算：No.8Big-bitBig-bit大比特电源供应器网6)电压反馈电阻的选取为降低功耗并使电压设置误差达到最小，使用 1MΩ 作为电压反馈顶部的分压电 阻 RFB1，通过内部 5V 的参考电压 URR 选取底部的分压电阻 RFB2 以满足输出电 压的设计指标：根据计算所得的输出电容最小值，选择相应的电解电容4 设计实例及实验结果在分析了 UCC28019 工作原理及主要参数设计的基础上，设计了一种高功率因数 电源，该电源输入为交流 220V，输出为直流 360V，功率为 500W交流电源输入端的电压和电流波形如图 5 所示：No.9Big-bitBig-bit大比特电源供应器网使用钳型表测得该电源的功率因数为 0.991实验测得的波形和数据表明系统 正常工作后，谐波含量基本消除，输入电流波形与输入电压波形保持一致。

5 结束语基于 UCC28019 设计的高功率因数电源具有功率因数高、谐波含量低的优点同 时，该芯片具有应用简单，保护功能强大，驱动能力强，调试简单等优点，是 一种非常优秀的功率因数校正芯片。