基于UCC28600的準(zhǔn)諧振反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案

　　本文提出了一種基于UCC28600控制器的準(zhǔn)諧振反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案，該方案分析了準(zhǔn)諧振反激式開(kāi)關(guān)電源的工作原理及實(shí)現(xiàn)方式，給出了電路及參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇過(guò)程，以及實(shí)際工作開(kāi)關(guān)波形。實(shí)驗(yàn)證明，該方案中所設(shè)計(jì)的準(zhǔn)諧振反激式開(kāi)關(guān)電源具有輸入電壓范圍寬、轉(zhuǎn)換效率高、低EMI、工作穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。準(zhǔn)諧振技術(shù)降低了MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗，提高產(chǎn)品可靠性。

　　0 引言

　　準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換是十分成熟的技術(shù)，廣泛用于消費(fèi)產(chǎn)品的電源設(shè)計(jì)中。新型的綠色電源系列控制器實(shí)現(xiàn)低至150 mW 的典型超低待機(jī)功耗。本文將闡述準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器是如何提高電源效率以及如何用UCC28600設(shè)計(jì)準(zhǔn)諧振電源。

　　1 常規(guī)的硬開(kāi)關(guān)反激電路

　　圖1 所示為常規(guī)的硬開(kāi)關(guān)反激式轉(zhuǎn)換器電路。這種不連續(xù)模式反激式轉(zhuǎn)換器（DCM）一個(gè)工作周期分為三個(gè)工作區(qū)間：（ t0 ~ t1）為變壓器向負(fù)載提供能量階段，此時(shí)輸出二極管導(dǎo)通，變壓器初級(jí)的電流通過(guò)Np:Ns的耦合流向輸出負(fù)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(shí)刻，輸出二極管電流減小到0，此時(shí)變壓器的初級(jí)電感和和寄生電容構(gòu)成一個(gè)弱阻尼的諧振電路，周期為2π LC 。在停滯區(qū)間（ t1~ t2），寄生電容上的電壓會(huì)隨振蕩而變化，但始終具有相當(dāng)大的數(shù)值。當(dāng)下一個(gè)周期t2 節(jié)點(diǎn)，MOSFET 導(dǎo)通時(shí)間開(kāi)始時(shí)，寄生電容（COSS和CW ）上電荷會(huì)通過(guò)MOSFET放電，產(chǎn)生很大的電流尖峰。由于這個(gè)電流出現(xiàn)時(shí)MOSFET存在一個(gè)很大的電壓，該電流尖峰因此會(huì)做成開(kāi)關(guān)損耗。此外，電流尖峰含有大量的諧波含量，從而產(chǎn)生EMI.

　　2 準(zhǔn)諧振反激式設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

　　利用檢測(cè)電路來(lái)有效地“感測(cè)”MOSFET 漏源電壓（VDS ）的第一個(gè)最小值或谷值，并僅在這時(shí)啟動(dòng)MOS-FET導(dǎo)通時(shí)間，由于寄生電容被充電到最低電壓，導(dǎo)通的電流尖峰將會(huì)最小化。這情況常被稱(chēng)為谷值開(kāi)關(guān)（Valley Switching）或準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)。這種電源是由輸入電壓/負(fù)載條件決定的可變頻率系統(tǒng)。換言之，調(diào)節(jié)是通過(guò)改變電源的工作頻率來(lái)進(jìn)行，不管當(dāng)時(shí)負(fù)載或輸入電壓是多少，MOSFET始終保持在谷底的時(shí)候?qū)?。這類(lèi)型的工作介于連續(xù)（CCM） 和不連續(xù)條件模式（DCM）之間。因此，以這種模式工作的轉(zhuǎn)換器被稱(chēng)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(shè)計(jì)中采用準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)方案有著許多優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）降低導(dǎo)通損耗

　　由于MOSFET導(dǎo)通具有最小的漏源電壓，故可以減小導(dǎo)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(fù)損耗

　　由于二次側(cè)的整流管零電流關(guān)斷，反向恢復(fù)損耗降低，從而提高電源整體效率。

　　（3）減少EMI

　　導(dǎo)通電流尖峰的減小以及在準(zhǔn)諧振過(guò)程中存在頻率抖動(dòng)，將會(huì)減小EMI 噪聲，這就減少EMI濾波器的使用數(shù)量，從而降低電源成本。

　　3 基于UCC28600 控制器的鎢燈電源的設(shè)計(jì)

　　3.1 UCC28600控制器的主要特性

　　UCC28600 控制器的主要特性有先進(jìn)的綠色模式控制方式；低EMI 及低損耗（谷底開(kāi)關(guān)）的準(zhǔn)諧振控制方式；空載損耗小于150 mW（低待機(jī)電流）；低啟動(dòng)電流（最大25 μA）；可編程過(guò)壓保護(hù)（輸入電壓和輸出電壓）；內(nèi)置過(guò)溫保護(hù)，溫度回復(fù)后可自動(dòng)重啟；限流保護(hù)：逐周期限功率，過(guò)電流打嗝式重啟；可編程軟啟動(dòng)；集成綠色狀態(tài)腳（PFC使能端）。

　　3.2 UCC28600工作原理

　　UCC28600內(nèi)部集成了UVLO比較器，高頻振蕩器，準(zhǔn)諧振控制器和軟起動(dòng)控制器，待機(jī)模式跳脈沖比較器，輸入和輸出過(guò)電壓保護(hù)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

　?。?）UVLO比較器

　　UCC28600 的VDD 電壓在13 V 起動(dòng)，在低于8 V 時(shí)關(guān)閉，有5 V的滯差電壓，可以提高UCC28600工作的穩(wěn)定性。

　?。?）內(nèi)部振蕩器

　　UCC28600內(nèi)部集成了一個(gè)40~130 kHz的振蕩器。

　　（3）準(zhǔn)諧振控制器和軟起動(dòng)控制器

　　UCC28600采用準(zhǔn)諧振的開(kāi)關(guān)變換器以提高轉(zhuǎn)換效率，利用變壓器的勵(lì)磁磁通，在開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間，檢測(cè)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(shí)，可以確認(rèn)該時(shí)刻變壓器勵(lì)磁磁通耗盡，可以開(kāi)啟下一周期。該準(zhǔn)諧振模式可分為臨界導(dǎo)通模式（CRM）和不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）以及頻率調(diào)制模式（FFM）。

　?。?）待機(jī)模式和跳脈沖比較器

　　當(dāng)功率繼續(xù)減小，UCC28600進(jìn)入待機(jī)模式；頻率調(diào)制模式（FFM）頻率下降到40 kHz，不再減??；當(dāng)FB小于0.6 V 時(shí)，開(kāi)關(guān)脈沖輸出關(guān)斷，當(dāng)FB 大于0.7 V 時(shí)，開(kāi)關(guān)脈沖正常輸出，從而得到跳脈沖模式的待機(jī)工作狀態(tài)。

　?。?）輸入和輸出過(guò)電壓保護(hù)

　　OVP引腳為過(guò)電壓（線電壓和負(fù)載電壓）輸入腳以及諧振開(kāi)通的響應(yīng)腳，此腳通過(guò)變壓器初級(jí)偏置線圈來(lái)偵測(cè)輸入過(guò)壓，負(fù)載過(guò)壓及諧振條件，其過(guò)壓點(diǎn)可通過(guò)與此腳相連的電阻來(lái)靈活調(diào)節(jié)。

　　3.3 鎢燈電源的技術(shù)指標(biāo)

　　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(guān)閉電源輸出。