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(diǎn)

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(diǎn)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(dòng)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(dòng)。

（6）過流保護(hù)，逐個(gè)周期式限流及“打呃”式保護(hù)。

（7）強(qiáng)輸出驅(qū)動(dòng)能力，有0．75A輸出，IA漏入能力。

（8）軟起動(dòng)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(dòng)。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(shí)間，改變軟起動(dòng)時(shí)間。故障時(shí)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(gè)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(dòng)及故障時(shí)除外。軟起動(dòng)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(shí)，軟起動(dòng)模式被鎖住，軟起動(dòng)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(shí)（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(shí)DCM工作將頻率鉗制在130kHz。在10％～30％負(fù)載時(shí)，變換器工作在頻率折返模式下（FFM），此時(shí)，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(gè)周期，F(xiàn)FM下的調(diào)整率用改變開關(guān)頻率的方法實(shí)現(xiàn)，范圍為130～40kHz。在最輕載時(shí)（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(shí)相同，因?yàn)殁Оl(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(jì)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(shí)，相應(yīng)地, CS端電壓在0．4～0.8V，逐個(gè)周期的功率限制利用一個(gè)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(shí)，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(gè)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(gè)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(shí)，誤差高而Vfb低，此時(shí)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(shí)終止,功率限制令開關(guān)OFF，然后再重新ON。此時(shí)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(shí)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(dòng)450μA電流，此時(shí)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(diǎn)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(shí)，進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。在Vfb端升到1．4V以上時(shí)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(gè)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(jì)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(shí)際電感在磁化電感和MOSFET漏極處測出的電容之間諧振要計(jì)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(gè)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(jì)計(jì)算在后面給出，為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，仔細(xì)地在變壓器參數(shù)和電阻值之間實(shí)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(jì)，細(xì)述如下：

1）過熱保護(hù)。芯片過熱保護(hù)點(diǎn)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(gè)周期功率限制。在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)，CS端電壓超出0．8V，即達(dá)到過功率限制點(diǎn)。

3）電流限制。當(dāng)一次電流超過最大電流水平時(shí)，即CS端為1.25V電壓時(shí)，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(gè)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(shí)0VP鉗在0V，當(dāng)偏置繞組變?yōu)樨?fù)向, OUT＝HI或諧振時(shí)，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(xiàng)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。