先进的PFC/PWM组合控制器UCC28510系列及其应用电

摘要：介绍了PFC/PWM组合控制器UCC28510系列的主要特点及其应用电路设计程序。

关键词：PFC/PWM组合集成电路；UCC28510系列；应用电路；设计

1 引言

德州仪器（TI）公司新推出的UCC28510系列PFC/PWM组合控制器，含有8个型号（从UCC28510到UCC28517）。这些控制器PFC级和PWM级栅极驱动源电流和阱电流，由先前同类器件的0.3～1.5A分别增加到2A和3A，从而使离线式开关电源（SMPS）的功率提高到300W以上。该功率等级属于业界真正要求的严格限制谐波含量的SMPS功率范畴。

由于UCC28510系列PFC/PWM组合控制器在设计上有许多创新，在通用AC线路输入（85～265V）和负载范围内，电流谐波含量完全符合ICE1000-3-2标准要求，线路功率因数非常接近于1。同时，PFC升压变换器输出纹波电流明显减小，系统瞬态响应得到提高。与先前的PFC/PWM组合控制器比较，采用该系列控制器可使SMPS系统电路进一步简化，从而有助于降低系统成本，节省空间，提高系统功率密度和可靠性。

2 主要特点

UCC28510系列控制器具有以下几方面的特点。

1）采用20引脚PDIP或20引脚SOICW封装（功率耗散分别为1W和0.7W），工作结温范围为－50℃～150℃。

2）将连续传导模式（CCM）平均电流型控制PFC控制器和峰值电流模式PWM级电路集成在同一芯片上，设计新颖，结构紧凑，如图1所示。

3）PFC控制器中的三输入高度线性化的乘法器和跨导（gm）电压误差放大器大大地提高了电路的瞬变响应。

4）PWM控制器最大占空比可编程设定，并且开关频率f_PWM可以与f_PFC相同，也可以选择f_PWM=2f_PFC，具体如表1所列。

5）为了减小PFC升压预调节器输出电容器上的纹波电流，PFC和PWM级分别采用前沿调制和后沿调制。图2示出了UCC28510系列脉冲前沿/后沿调制（LEM/TEM）控制器与传统后沿/后沿调制（ TEM/TEM）PFC与PWM组合控制器在能量贮存电容器（C_ES）上的电流（i_ES）对比。

图1 UCC28510系列PFC/PWM控制器内部结构

图2 前沿/后沿调制（LEM/TEM）纹波电流与后沿/后沿调制（TEM/TEM）比较

此外，UCC28510系列PFC/PWM组合控制器还具有可编程软启动，PFC输入电压前馈控制，峰值电流和功率限制，零功率检测和过电压保护等特征。

表1 UCC28510系列ICs之间的主要不同点

3 应用电路及设计

3.1 应用电路

UCC2851X作为控制器的PFC升压预变换器与回扫（反激）式PWM功率级SMPS电路如图3所示。图中，UCC2851X（U₁）中的PFC控制器、升压电感器L₁、PFC开关（Q₁）、升压二极管D3和输出电容器C₁等，组成有源PFC升压预变换器。R₃和R₄组成的电阻分压器用作PFC变换器DC输出电压（400V）检测，感测信号通过U₁的脚3输入到内部以7.5V为参考的误差放大器。正比于整流电压的电流信号经电阻R₁和U₁的IAC脚（脚18）输入到内部乘法器，以保证整流器（D₁）输入端的AC电流跟踪AC线路电压瞬时变化轨迹。电阻R2是PFC级电流感测元件。R₂上感测的电压信号分别经U₁脚16（ISENSE1）和脚14（PKLMT）输入到内部电流放大器和PFC电流限制比较器，以履行PFC级PWM脉冲占空比控制和峰值电流控制。

图3 UCC2851X典型应用电路

R₆和C₃是U₁启动元件。当U₁被启动Q₁开始开关之后，变压器T₁的辅助绕组、二极管D₅和电容C₃组成的电源电路为U₁提供工作电压（和电流）。U₁脚2（RT）外部电阻R₂₀用作设定振荡器频率。

U₁脚4外部R₁₆和R₁₉组成的电阻分压器，用作编程PWM最大占空比。电阻R₅为PWM级电流感测元件。R₂上感测的电压信号经U₁脚8（ISENSE2）输入，以履行峰值电流限制。U₁脚13（SS2）外部电容C₅，用作编程PWM级栅极驱动软启动持续时间。SMPS次级DC输出到初级的反馈环路，由电阻分压器、作为误差放大器使用的U₃（TL431）和光耦合器U₂组成。U₁的脚7（VERR）接收反馈信号，以控制PWM占空比。

3.2 主要元件参数确定的方法

3.2.1 设计程序

设计程序参考图3所示的应用电路。首先选择UCC28510系列ICs中的一种控制器，再按以下步骤进行设计：

1）功率级元器件；

2）PFC级控制元件；

3）PWM级控制元件。

元件的确定必须根据给定的技术条件，具体包括系统输出电压V_OUT、输出功率P_OUT和AC线路电压V_AC范围。其它的技术要求有效率和允许的电流谐波等。

3.2.2 确定相关参数

1）PFC级最小占空比D_1（min)

PFC升压变换器在CCM下操作，最小占空比由最低AC线路电压V_AC(min)和PFC输出存储电容C₁上的电压V_C1决定。