UCC28019A LED照明应用负载动态性能优化解决方案

　　摘要：

　　用于高功率PWM调光LED街道照明的90Vac到305Vac宽输入范围应用越来越多，而UCC28019A控制器非常适合于这种应用。但是，输出负载PWM调光带来的PFC电感噪声问题，可能是主要问题。本文中，我们将基于小信号模型分析这种现象的根本原因，并提出解决方案。为了验证这种建议解决方案的有效性，我们使用UCC28019A平均模型并利用实验来进行检验。经证明，实验结果与分析结果和仿真结果非常吻合。

　　关键词：

　　UCC28019A， LED照明，APFC，平均模型，负载动态，仿真，噪声问题

　　1、 引言

　　CCM工作的平均电流控制是最为典型的一种控制方案，其广泛用于高功率APFC转换器，例如：基于UC3854的转换器等。相比峰值电流控制，它拥有许多优势，例如：无需外部补偿斜率、更高的检查电流信号噪声抑制度以及更低的输入电流THD。但是，在芯片内部使用乘法器的传统CCM控制方案，让外部电流设计变得复杂。最近，使用1-D控制模型的新型CCM（一种8引脚解决方案），例如：TI UCC28019A控制器等，成为广大工程师们的首选。

　　UCC28019A控制器利用开关式转换器的脉冲和非线性特点，实现对整流电压或者电流平均值的即时控制。设计这种控制方案的目的是，提供比其它PFC控制器更快的动态负载响应和更好的输入扰动抑制。

　　在实际工程中，大多数工程师都对宽输入范围UCC28019A控制器的高PF值以及无输出过冲导通升压的优异性能印象深刻。这个优点让UCC28019A比传统BCM PFC控制器更加适合于这种应用。特别是在高功率PWM调光LED街道照明的90到300Vac宽输入范围应用越来越多的情况下，尤其如此。但是，当使用动态响应时，其独特的环路特性会引起可见噪声问题。

　　鉴于上述问题，本文的目标是为你介绍一种能够改善这种动态性能的合适解决方案。首先，第2小节详细介绍了这个问题。为了研究清楚其原因，第3小节对电流环路小信号进行了分析；基于此，详细说明了其根本原因，并提出一种正确的解决方案。为了对这种解决方案进行完整的验证，我们还使用相应的UCC28019A平均模型，在第4小节对实验测试和结果进行验证。最后，结合实际工程应用，文章概括了这种解决方案的一些设计技巧。

　　2、 UCC28019A负载动态可见噪声描述

　　下列两种情况可能会出现动态噪声问题：

　　·未对环路进行优化时负载上升情况（参见图1），这时PFC峰值电感电流即刻增加，从而导致铁氧体感应器饱和。

　　图1 使PFC电感饱和的负载上升情况

　　·图2显示了OVP运行期间未控制环路时的负载下降工作情况。在这一过程中，无规律频率引起PFC高峰值电感电流，从而导致可见噪声。

　　图2导致PFC电感饱和的负载下降

　　关于LED—就户外应用而言，这种现象受到抑制，原因是后期PWM负载调光要求。

　　3、 基于UCC28019A工作原理的根本原因分析

　　小信号建模是研究转换器控制环路稳定性的最实用方法。本小节重点讨论UCC28019A内部电流环路的主小信号传递函数，因为电压环路电压扰动下的电感电流响应是我们的主要研究目标。

　　3.1 根据UCC28019A负载上升期间Vcomp变化对PFC电感电流噪声进行分析

　　就传统PFC转换器而言，实现功率校正的关键是让输入电流追踪输入电压。［1］文件详细说明了1-D控制电路实现。为了研究其小信号特性，本小节中，我们只介绍小信号传递函数的实现。实际上，在UCC28019A内部，还有2个环路：电流环路和电压环路。

　　对APFC转换器的1-D控制方案深入研究后发现，1-D功能等效电路可移至电流环路的控制模块。请参见［2］的内部功能模块。图3显示了在UCC28019A内部使用1-D控制方案的补偿电流环路：

　　图3基于Cc的电流补偿环路

　　（ 为对PFC、Icomp和1-D电流检测电阻器电压产生扰动的小信号；m1和m2为非线性增益，k1为内部控制器常量，Cc为补偿电容器，Ts为开关时间）。

　　补偿电流环路的传递函数推导如下：
         

　　至于功率因数校正，主要问题是追踪输入电压的输入电流的工作原理。我们知道，在90到120Hz低频范围，输入电流始终追踪输入电压；因此，电流环路是唯一的低频特性问题。与UC3854一样，UCC28019A的功率因数原则也结合了电流环路的低频特性。由方程式（1），我们可以看到，稳定工作状态下 的低频增益为：

　　另外，在低频下：

　　在低频下，组合方程式（2）和（3），结果为：

　　参见升压转换器原则：

　　最后，追踪输入电压的输入电流公式推导如下：

　　它表明达到了PF。由前面公式，基于方程式（1）的标准公式为：

Vcomp的Iin扰动