基于UCC28600的準諧振反激式開關電源的設計方案

來源：電子技術網  作者：李惺,靳麗等2014年01月08日 11:16

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[導讀] 本文提出了一種基于UCC28600控制器的準諧振反激式開關電源的設計方案，該方案分析了準諧振反激式開關電源的工作原理及實現方式，給出了電路及參數設計和選擇過程，以及實際工作開關波形。

關鍵詞：UCC28600反激式電路電源開關

　　本文提出了一種基于UCC28600控制器的準諧振反激式開關電源的設計方案，該方案分析了準諧振反激式開關電源的工作原理及實現方式，給出了電路及參數設計和選擇過程，以及實際工作開關波形。實驗證明，該方案中所設計的準諧振反激式開關電源具有輸入電壓范圍寬、轉換效率高、低EMI、工作穩定可靠的特點。準諧振技術降低了MOSFET的開關損耗，提高產品可靠性。

　　0 引言

　　準諧振轉換是十分成熟的技術，廣泛用于消費產品的電源設計中。新型的綠色電源系列控制器實現低至150 mW 的典型超低待機功耗。本文將闡述準諧振反激式轉換器是如何提高電源效率以及如何用UCC28600設計準諧振電源。

　　1 常規的硬開關反激電路

　　圖1 所示為常規的硬開關反激式轉換器電路。這種不連續模式反激式轉換器（DCM）一個工作周期分為三個工作區間：（ t0 ~ t1）為變壓器向負載提供能量階段，此時輸出二極管導通，變壓器初級的電流通過Np:Ns的耦合流向輸出負載，逐漸減小。

　　MOSFET電壓由三部分疊加而成：輸入直流電壓VDC、輸出反射電壓VFB、漏感電壓VLK.到 t1 時刻，輸出二極管電流減小到0，此時變壓器的初級電感和和寄生電容構成一個弱阻尼的諧振電路，周期為2π LC 。在停滯區間（ t1~ t2），寄生電容上的電壓會隨振蕩而變化，但始終具有相當大的數值。當下一個周期t2 節點，MOSFET 導通時間開始時，寄生電容（COSS和CW ）上電荷會通過MOSFET放電，產生很大的電流尖峰。由于這個電流出現時MOSFET存在一個很大的電壓，該電流尖峰因此會做成開關損耗。此外，電流尖峰含有大量的諧波含量，從而產生EMI.

　　2 準諧振反激式設計的實現

　　利用檢測電路來有效地“感測”MOSFET 漏源電壓（VDS ）的第一個最小值或谷值，并僅在這時啟動MOS-FET導通時間，由于寄生電容被充電到最低電壓，導通的電流尖峰將會最小化。這情況常被稱為谷值開關（Valley Switching）或準諧振開關。這種電源是由輸入電壓/負載條件決定的可變頻率系統。換言之，調節是通過改變電源的工作頻率來進行，不管當時負載或輸入電壓是多少，MOSFET始終保持在谷底的時候導通。這類型的工作介于連續（CCM） 和不連續條件模式（DCM）之間。因此，以這種模式工作的轉換器被稱作在臨界電流模式（CRM）下工作。臨界模式下MOSFET漏源電壓如圖2所示。

　　在反激式電源設計中采用準諧振開關方案有著許多優點：

　　（1）降低導通損耗

　　由于MOSFET導通具有最小的漏源電壓，故可以減小導通電流尖峰。減輕了MOSFET的壓力，降低器件的溫度。

　　（2）降低輸出二極管反向恢復損耗

　　由于二次側的整流管零電流關斷，反向恢復損耗降低，從而提高電源整體效率。

　　（3）減少EMI

　　導通電流尖峰的減小以及在準諧振過程中存在頻率抖動，將會減小EMI 噪聲，這就減少EMI濾波器的使用數量，從而降低電源成本。

　　3 基于UCC28600 控制器的鎢燈電源的設計

　　3.1 UCC28600控制器的主要特性

　　UCC28600 控制器的主要特性有先進的綠色模式控制方式；低EMI 及低損耗（谷底開關）的準諧振控制方式；空載損耗小于150 mW（低待機電流）；低啟動電流（最大25 μA）；可編程過壓保護（輸入電壓和輸出電壓）；內置過溫保護，溫度回復后可自動重啟；限流保護：逐周期限功率，過電流打嗝式重啟；可編程軟啟動；集成綠色狀態腳（PFC使能端）。

　　3.2 UCC28600工作原理

　　UCC28600內部集成了UVLO比較器，高頻振蕩器，準諧振控制器和軟起動控制器，待機模式跳脈沖比較器，輸入和輸出過電壓保護。其內部結構圖如圖3所示。

　　（1）UVLO比較器

　　UCC28600 的VDD 電壓在13 V 起動，在低于8 V 時關閉，有5 V的滯差電壓，可以提高UCC28600工作的穩定性。

　　（2）內部振蕩器

　　UCC28600內部集成了一個40~130 kHz的振蕩器。

　　（3）準諧振控制器和軟起動控制器

　　UCC28600采用準諧振的開關變換器以提高轉換效率，利用變壓器的勵磁磁通，在開關關斷期間，檢測變壓器繞組的輸出電壓，如果電壓偏低及處于振蕩的波谷時，可以確認該時刻變壓器勵磁磁通耗盡，可以開啟下一周期。該準諧振模式可分為臨界導通模式（CRM）和不連續導通模式（DCM）以及頻率調制模式（FFM）。

　　（4）待機模式和跳脈沖比較器

　　當功率繼續減小，UCC28600進入待機模式；頻率調制模式（FFM）頻率下降到40 kHz，不再減小；當FB小于0.6 V 時，開關脈沖輸出關斷，當FB 大于0.7 V 時，開關脈沖正常輸出，從而得到跳脈沖模式的待機工作狀態。

　　（5）輸入和輸出過電壓保護

　　OVP引腳為過電壓（線電壓和負載電壓）輸入腳以及諧振開通的響應腳，此腳通過變壓器初級偏置線圈來偵測輸入過壓，負載過壓及諧振條件，其過壓點可通過與此腳相連的電阻來靈活調節。

　　3.3 鎢燈電源的技術指標

　　輸入電壓：95~260 V AC 50/60 Hz;輸出電壓：5 V;輸出電流：4.3 A;可遙控關閉電源輸出。

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本文導航

• 第 1 頁：基于UCC28600的準諧振反激式開關電源的設計方案

• 第 2 頁：電源設計過程

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