基于UCC28060交错并联控制器的液晶电视电源系统

摘 要：本文设计了功率为 1KW 的液晶电视电源系统，采用UCC28060 控制芯片实现交错并联功率因数校正，UCC28060 以其独特的控制方法和保护特性，提高了系统的可靠性，并可以节约成本，降低了能耗，以更小型化和轻薄化实现更高的性能。介绍了UCC28060 的特点、功能、工作原理及电源系统参数设计;系统加入市电判断功能，对整个系统进行过欠压保护;同时包含辅助电源部分，给控制芯片提供稳定电压，简捷实用。

　　关键词：UCC28060，交错并联，PFC，电源，市电判断，辅助电源

　　1.引言

　　UCC28060 是德州仪器(TI)推出的双相交错切换模式(Transition Mode, TM)功率因数校正控制器，应用于100W-1000W 电源、液晶和DLP 电视、电脑电源、入门级服务器和电子照明整流器等电源系统，可以降低系统的成本和功耗。

　　UCC28060 采用Natural Interleaving TM 技术，其特征[1]：(1)简便的相位管理保证符合轻负载效率标准，轻负载条件下的效率提高5%;(2)双路径输出过压检测与保护，防止电压检测故障引起的输出过电压;

　　(3)利用无传感器电流整形技术，可以简化布局和提高效率;(4)提供浪涌电流限制，消除输出整流器的反向恢复。这些独特的系统控制与保护特性，提高了电源系统的可靠性。与传统单相TM(也称为临界导电模式CRM 或不连续导电模式DCM)或连续导电模式(CCM)拓扑相比，双相交错高性能控制器UCC28060 简化了电源系统设计，从而节省了系统成本和PC 尺寸，提高了效率和设计的灵活性。

　　2.UCC28060 的引脚介绍

　　UCC28060 的引脚排列如图1。AGND：模拟信号地。旁路电容、补偿元件接回到此引脚。VCC：偏压电源输入端。它为这个电路中所有的设备提供电源

　　TSET：时间设置。PWM 的导通时间设置的输入。COMP：误差放大器输出端。这个误差放大器是一个跨导放大器。电压调节环路补偿组件连接到此引脚和AGND 脚。在软启动事件中(欠压、掉电或停用)COMP 被拉低。CS：电流检测输入端。当输入电流增加时，CS端的负电压增大。当CS 端电压大于上升门限即过流保护门限电压(约-200mV)时，这种逐周期过流保护通过关断两个栅极驱动(GDA 和GDB)来限制输入电流的增加。GDA 和GDB 保持低输出直到CS 的电压降至下降门限(约-15mV)。GDA、GDB：A、B 通道的栅极驱动输出。用最短的线连接这些引脚到功率场效应管的栅极。HVSEN：过压检测输入端。UCC28060 包含故障过压保护功能，任何一个故障不会引起电流超过安全等级。VSENSE 和HVSEN 引脚检测输出的过电压，如果任何一个引脚的电压超过过电压门限，将关断PWM。用两个引脚监测过电压信号能够提供冗余和容错。当HVSEN 上的电压在工作范围内，HVSEN 还可以使能下游变换器。PGND：集成电路的功率地。用独立短线连接此引脚和AGND 来隔离模拟信号对门驱动的干扰。

　　PHB：B 阶段使能端。此引脚接通或关断B 通道的升压转换器。当B 通道不工作的时候，A 通道导通时间的控制信号加倍，有助于在瞬态管理过程中保持COMP 电压恒定。PWMCNTL：PWM 使能逻辑输出。VINAC：输入交流电压检测：正常运行时，此引脚连接到整流桥正极的分压器。这个输入检测输入电压范围来设置斜率，并且检测欠压。VREF：参考电压输出端。这个6V 直流参考电压可用于偏置电路。

　　VSENSE：输出直流电压检测。连接这个引脚功率转换器输出的分压器上。为了达到最佳的输出调节精度和抗噪声性能，分压器用独立的短路径接地。ZCDA、ZCDB：零电流检测输入：当各相的电感电流降为0 时，ZCDA 与ZCDB 的输入会有一个下降沿，这个输入被箝位在0V-3V。信号通过限流电阻ZA R 、ZB R 与电感副边绕组相连接，使电流不超过3mA。当电感电流降为0 时，ZCD 的输入必定降低到关断门限电压以下(大约为1V)，导致栅极驱动的输出电压上升。当功率场效应管MOSFET 关断时，ZCD 的输入必定升高超过上升门限电压(约1.7V)，产生另一个ZCD 下降沿。

　　3.基于UCC28060 交错并联PFC 液晶电视电源

　　系统的设计技术要求：最小输入电压IN MIN 176 V V = ，最大输入电压IN MAX 264 V V = ，输出功率OUT 1000 P = W ，满载下效率η = 0.95，最低开关频率MIN 30.7 f = kHz ，输出电压有效值VOUT = 420V 。电路包含市电判断部分，在输入过压、欠压时实现对模块的保护。输入欠压启动电压为176V,欠压关机电压为164V,过压保护电压为264V，过压恢复电压为252V。电路还包括辅助电源部分，提供其他部分需要的15V 的VCC 电压。

　　3.1 主电路和控制电路原理设计及参数设计

　　UCC28060 交错并联PFC 的工作原理：UCC28060含有两个升压PWM 功率变换控制电路。升压电感中的电流正比于IC 的COMP 端的电压，电感电流从峰值下斜至零的过程中，PFC 开关MOSFET( 1 Q 、2 Q )都处于截止状态。一旦电感( 1 L 、2 L )电流衰减到0，变换器则开始下一个开关周期。在每个开关周期中的电感电流为三角波，其峰值由导通时间TON 和AC 电源电压IN ( AC) V 及电感值L 设定，

　　在一个周期内， ON T 和L 可视为是不变的。在每个开关周期中产生的三角波平均值与全波整流的电压成正比，在AC 线路电压输入端呈现电阻性输入阻抗，并产生接近于1 的功率因数。UCC28060 调节两个通道电感电流的相对相位差接近180o 。因此，在PFC 升压变换器的输入线路源和输出电容器OUT C 上，有最小的纹波电流。轻载时，开关损耗远大于导通损耗，关闭其中的一个功率级，可以减小开关损耗，并使导通损耗略有增加，但开关损耗的减小量远大于导通损耗的增加量，从而可获得最高的效率，这是交错并联PFC 的主要优点之一。

　　3.2 市电判断电路原理设计

　　市电判断电路是输入电压检测保护单元。它的功能是输入异常，即输入过压、欠压时实现对模块的保护。一般的比较器有一个缺点是过于灵敏。而实际中往往是个范围，例如设定欠压保护在164V，那么在163V 就不保护，在165V 就保护。如果电压在164V左右的时候，就会出现不停通断的情况，而这种情况是不期望出现的。采用滞环比较器可以较好地解决上述问题。滞环比较器的设计如图4。滞环比较器的仿真输出曲线如图5。