绿色模式准谐振反激控制.doc

1、绿色模式准谐振反激控制 新一代节能的 AC/DC 电源控制系统必须采用绿色模式的准谐振式工作，减 少 EMI，提高效率，降低待机损耗。T1 公司的 UCC28600 以另一种特色技朮解 决上述要求，UCC28600 主要特点如下： 极低待机功耗150mW，符合欧洲新的绿色能源标准。 准谐振式工作，降低 EMI，降低开关损耗。 极低起动电流最大仅 25A。 可调过压保护，包括输入线路过压及输出电压过压。 芯片内部过热保护，降温到某一水平后重新起动。 过流保护，逐个周期式限流及打呃式保护。 强输出驱动能力，有 0.75A 输出，1A 漏入能力。 软起动可调节。 UCC28600 主要用于 LCD-

2、TV，MONITOR 及机顶盒电源，各种 AC/DC 适配器，充电器， 输出功率可到 200W。 工作描述 UCC28600 系一款新技朮 设计的省能源，高水平保护，低成本的 AC/DC 解 决方案。结 合频率折返，猝发模式工作，降 频 工作等使电源在空载，轻载时达到 最低功耗，由 UCC28600 及 UCC28051 组成的 AC/DC 简图如图 1。 图 1 UCC28600 和 UCC28051 组成的 AC/DC 适配器电源电路 UCC28600 的内部方框 电路如图 2。 图 2 UCC28600 的内部等效方框电路 UCC28600 共计 8 个 PIN，各 PIN 功能如下：

3、1PIN SS 软起动，接一电容到 GND，内部电流源为其充电，改变电容即改变 充电时间，改 变软起动时间。故障时，此 电容即放电，经由内部一支小 MOSFET 放电，降下 SS 端电压，也即降下内部 FB 端 电压，做到峰值电流限制。 2PIN FB 反馈输入或控制输入，从光耦直接送到 PWM 比较器，用于控制功 率 MOSFET 的峰值电 流，内部有一支 20K电阻从此端接到 5V 基准，所以光 耦之光电三极管可直接接入。此端电压控制着 IC 的三个工作模式，准谐振（QR） 模式，频率折返（FFM）模式及猝发模式（Borst Mode）。 3PIN CS 电流检测输入端，调节功率限制，可

4、调制过流保护，CS 端电压输入 从电流检测电阻接入，再用两端之间的电阻值大小调节功率限制。 4PIN GMD 公共端，从 Vcc 到 GND 用 0.1F的旁路电容旁路。 5PIN OUT 输出驱动端，源出 0.75A，漏入 1A，输出电平为 Vcc 到 GND。 6PIN VDD IC 供电端，能量从辅助绕组供应，为防止起动过程中的打呃工作， 还要一支较大的储能电容作旁路。 7PIN OVP 过压保护端，检测输入线路的 OVP，负载的 OVP 经 QR 开启给 出，用初级 偏置绕组同时进行上述三种功能。 8PIN STATUS 有源高电平开路漏极信号，作待机模式用，并用它去禁止 PFC 的

5、Vcc 供应。 UCC28600 是一个多种模式的控制器，如 图 3，图 4 所示，工作模式取决于 线路及负载条件，在各种工作模式下，UCC28600 终止输出为高电平信号系基于 开关电流，于是 UCC28600 总是工作在电流模式控制，所以功率 MOSFET 的电 流总是要限制的。 在正常工作模式下，FB 端命令 UCC28600 的工作模式在电压阈值上，如图 2 所示。软起动及故障时除外，软起动模式由硬开关控制变换器工作在 40KHz， 在 VFB 低于 Vss，UVLO 起作用时，软起动 模式被锁住， 软起动状态恢复直到 UVLO 关断之后。 在正常工作负载时（从 100%30%负载），

6、UCC28600 控制变换器在准谐振 下工作（QRM ）或断续电 流下工作（DCM ），此 时 DCM 工作将频率箝制在 130KHz。在 10%30%负载时，变换器工作在频率折反模式下（FFM），此时，峰 值开关电流恒定，输出电压稳压由频率调制解决，有效地工作在 FFM，结果用恒 定的伏秒积常数给反激变换器变压器的每个周期，FFM 下的调整率用改变开关 频率的方法实现，范围为 130KHz40KHz 。在最 轻载时（10% ）变换器进入猝 发工作模式，频率为 40KHz，猝 发模式的平均 频率与 FFM 的 40KHz 时相同，因 为猝发模式下用同样的伏秒积控制技朮，保持在待机工作的临界状态

7、中间，这由 变换器的设计参数决定。见下面图 2。 图 2 UCC28600FB 端的控制模 式 细节方框功能图见图 5、图 6、图 7、图 8。在所有工作模式下，控制器都是电 流型控制，此即 UCC28600 监视 FB 端电压作出的决定，以相应地改变工作模式。 图 3 UCC28600 的控制流程 图 4 UCC28600 在不同模式的 工作频率 图 5 振荡器电路细节 图 6 箝制模式电路细节 准谐振及 DCM 出现在 VFB 反馈电压在 2.04.0 时，相应地 CS 端电压在 0.4V0.8V，逐个周期的功率限制利用一个固定的 0.8V CS 限制电压，过流关断 阈值在图 8 中给出，

8、在 QR 中功率限制特色示于图 7。给 CS 的偏移电压还正比 于线路电压，功率限制特色用 RPL 调节。 准谐振/DCM 控制 准谐振（QR）及 DCM 工作出现在反馈电压 VFB 在 2.0V4.0V 之间。在运转 时， CS 峰值电压 系在 0.4V0.8V。在此控制模式， OUT 的上升沿总是出现去磁 谐振振铃的谷底处，谷底开关是 QR 工作的必须部分，谐振谷底开关是用来使系 统箝制在最高频率的。换句话说，在 DCM 中 频率变化为使开关出现在第一个谐 振谷底，即 7.7s（130KHz）处，注意 CS 端有一内部电流源 1/2 I LINE，它是逐个 周期式功率限制功能的控制要素之一

9、。 图 7 UCC28600 的 QR 检测电路细节 图 8 UCC28600 的故障逻辑电路细节 频率折返式控制 频率折返模式是用故障逻辑执行的，如图 8。模式箝制电路见图 6。在最小 工作频率时，内部振荡器的锯齿波有 4V 峰 值，0.1V 谷底。当 FB 端电压在 2.0V1.4V 之间时，FB-CL 信号命令振荡器成压控振荡器（VCO ），并能箝制振 荡器电压，此外箝制振荡器限制 VCO 工作在 40KHz130KHz 之间，FB-CL 电 压由调制比较器送回来有效地箝制折回的 CS 电压到 0.4V。 猝发模式控制 猝发模式控制由故障逻辑进行（见图 8）及绿色模式电路（见图 6）。O

10、SC-CL 信号箝制猝发模式工作频率在 40KHz 之下，于是此时 FB 电压在 1.4V0.6V 之 间，控制器命令传至负载的能量不得超出。在此运行时，误差高而 VFB 低，此时 VFB 降到 0.6V，输入脉冲 终止，直到 VFB 升到 0.7V。在此模式控制器工作在滞后 控制，OUT 脉冲在 DC 电压达到 0.4V 时终 止，功率限制令开关 OFF，然后再重 新 ON。此时 VFB电压要达到 1.4V，如图 7。猝发模式减少了平均开关频率，减少 了开关损耗，提高了转换效率。 故障逻辑 先进的逻辑控制，结合故障检测提供了合适的功率供给，这种提供条件终止 保护状态， 线路过压(OVP) 负

11、载过压(OVP) 都由此方框 执行，它还可防止内部基 准低于 4.5V 时去工作，如果故障被检测出来，如过热，线路 OVP，负载 OVP，基 准电压低落， 则 UCC28600 即关断。 参看图 8，图 7，为调整负载的 OVP，选择 Rovp1-Rovp2 分压比到 3.75V 为 关断电压， 为调节线路 OVP，则选择 Rovp1-Rovp2 合成去驱动 450A电流，此 时 V ovp 为 2.5V。 振荡器 振荡器如图 5 所示，内部设置触发点及箝制到 130KHz 最高，40KHz 最低， 在猝发模式下，又低于 40KHz。 状态端子 状态端子为开漏极输出，如图 8 所示。状态端子的

12、输出在 VFB 降到 0.6V 以 下时， 进入关断状态。在 VFB 端升到 1.4V 以上 时重新回到开启状态。这个端子用 来控制 PFC 级的供电，如图 9 所示。执行此功能的关键元件包括 Q1、RST1 及 RST2，电阻 RST1 及 RST2 的选择使 Q1 饱合，以便给 PFC 控制 IC 供电。而在 绿色模式下，状态端子变为高阻抗 RST1 令 Q1 关断，使 PFC 控制 IC 关断，进入 省电型。如果必要可用一支 18V 齐纳二极管和 电阻（Rcc）接到 Vcc 处。以确保 PFC 控制器安全工作。 图 9 绿色模式下用状态端子控制 PFC 部分的关断电路 工作模式的调节 工

13、作模式边界的调节由变压器及四个元件 RPL、Rcs、Rovp1 及 Rovp2 执行。 变压器特性影响模式系因其初级磁化电感和输出电压幅度（折返到初级的幅度）， 受 MOSFET 输出电容及 变压器漏感的影响， 设计过程要选择磁化电感及三种模 式下次级折返到初级的电压。应对最大负载及最高输入电压之下，实际电感在磁 化电感和 MOSFET 漏极 处测出的电容之间 的谐振要计及在内。这是调节工作在 QR/DCM 边界的条件，其它由振荡器绿色模式决定。 上面四个元件，RPL、Rcs、Rovp1 及 Rovp2 必须调节设置好，它们会互相作 用。UCC28600 的设计计 算在后面给出， 为实现设计目

14、标，仔细地在变压器参数 和电阻值之间实现平衡。 保护功能及特色 UCC28600 具有很多保 护特色，这是一款全新的特色设计，细述如下： 过热保护。 芯片过热保护点设置在 140，当温度降下 15后重新恢复正常工作。 逐个周期功率限制。 在每个周期结束时，CS 端电压超出 0.8V，即达到过功率限制点。 电流限制。 当初级电流超过最大电流水平时，即 CS 端 为 1.25V 电压时，器件再次 关断重试。 过压保护。 线路及负载的过压保护由变压器匝比 Rovp1 及 Rovp2 调节，OVP 端有 一个 0-V 电压源，能源出电流不能漏入。 线路过压保护出现，此时 OVP 箝在 0V，当偏置绕组

15、变为负向，OUT=HI 或谐振时， O-V 电压源箝制 OVP 到 0V，从 OVP 端源出电流，它与线路- OVP 比较器和 QR 检测电路成镜像，如果 OVP 电压大于 3.75V 线路-OVP 比较器开始关断程序，并被关断。 欠压锁定。 此项保护用来应对不适宜的偏置条件，欠压锁定监视 VDD，并防止其在 UVLO 阈值 下工作。 实际设计中的注意点 非正常电流检测值 电阻 Rcs，RPL，Rovp1、Rovp2 必须调整设置好，以确保 变换器的正常功能， 但经常有 Rcs 值不是最理想，因为电流检测电阻太粗糙，很难满足功率限制的允 许误差。这 要用下面推荐的再大些的 Rcs 值，加上一个

16、“ 塞文”电阻分压器解决， 以此实现所要的理想的 RPL 值，如 图 10 所示。 RDCS 为理想值，但不标准。 Rcs 可能的标准值电阻。 图 10 如何调整 RSENSE 的电阻值 吸收回路的阻尼。 变压器漏感与 MOSFET 的漏源电容的谐振可能导致虚假的负载的 OVP 故 障，在尖刺 2S延迟后的 负载 OVP 检测造成 误动作，此偏置绕组的检测过冲及 振铃是因为其与初级线圈很好地耦合，现在用一个 R2CD 吸收回路来消除这个 问题，如图 11 所示。阴反电阻加到 RCD 吸收回路减小振铃，放在漏极的电容及 电感之间，此 时吸收回路的二极管已经换向关断。 图 11 (a) RCD 吸

17、收回路 (b) 波形 (c) R2CD 吸收回路 (d) 波形 设计 R2CD 的方法如下： 过程与 RCD 类同，然后加入阻尼 电阻 RSNUB2。 取 选择电容给 VSNUB， 取 RSNUB1 给 CSNUB 放电。 取 Q 值在 1.72.2。 对最原始的选择的 VSNUB 用 UCC28600 和 UCC28051（PFC）设计的 120W，19.4V 输出的适配器电路 如图 12，图 13。 图 12 UCC28051 组成的 PFC 级电路 图 13 UCC28600 组成的 QR 等模式的 PWM 的后级电路 设计的 PCB 板如图 14图 15。 图 14 PCB 板的正面图 图 15 PCB 板的背面图