基于UCC28600准谐振反激式开关电源的方案

　　本文提出了一种基于UCC28600控制器的准谐振反激式开关电源的设计方案，该方案分析了准谐振反激式开关电源的工作原理及实现方式，给出了电路及参数设计和选择过程，以及实际工作开关波形。实验证明，该方案中所设计的准谐振反激式开关电源具有输入电压范围宽、转换效率高、低EMI、工作稳定可靠的特点。准谐振技术降低了MOSFET的开关损耗，提高产品可靠性。

　　引言

　　准谐振转换是十分成熟的技术，广泛用于消费产品的电源设计中。新型的绿色电源系列控制器实现低至150mW的典型超低待机功耗。本文将阐述准谐振反激式转换器是如何提高电源效率以及如何用UCC28600设计准谐振电源。

　　常规的硬开关反激电路

　　图1所示为常规的硬开关反激式转换器电路。这种不连续模式反激式转换器(DCM)一个工作周期分为三个工作区间：(t0~t1)为变压器向负载提供能量阶段，此时输出二极管导通，变压器初级的电流通过Np:Ns的耦合流向输出负载，逐渐减小。

　　图1

　　MOSFET电压由三部分叠加而成：输入直流电压VDC、输出反射电压VFB、漏感电压VLK.到t1时刻，输出二极管电流减小到0，此时变压器的初级电感和和寄生电容构成一个弱阻尼的谐振电路，周期为2πLC。在停滞区间(t1~t2)，寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个周期t2节点，MOSFET导通时间开始时，寄生电容(COSS和CW)上电荷会通过MOSFET放电，产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时MOSFET存在一个很大的电压，该电流尖峰因此会做成开关损耗。此外，电流尖峰含有大量的谐波含量，从而产生EMI。

　　准谐振反激式设计的实现

　　利用检测电路来有效地“感测”MOSFET漏源电压(VDS)的第一个最小值或谷值，并仅在这时启动MOS-FET导通时间，由于寄生电容被充电到最低电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关(ValleySwitching)或准谐振开关。这种电源是由输入电压/负载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是通过改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或输入电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。这类型的工作介于连续(CCM)和不连续条件模式(DCM)之间。因此，以这种模式工作的转换器被称作在临界电流模式(CRM)下工作。临界模式下MOSFET漏源电压如图2所示。

　　图2

　　在反激式电源设计中采用准谐振开关方案有着许多优点：

　　(1)降低导通损耗

　　由于MOSFET导通具有最小的漏源电压，故可以减小导通电流尖峰。减轻了MOSFET的压力，降低器件的温度。

　　(2)降低输出二极管反向恢复损耗

　　由于二次侧的整流管零电流关断，反向恢复损耗降低，从而提高电源整体效率。

　　(3)减少EMI

　　导通电流尖峰的减小以及在准谐振过程中存在频率抖动，将会减小EMI噪声，这就减少EMI滤波器的使用数量，从而降低电源成本。

　　基于UCC28600控制器的钨灯电源的设计

　　1、UCC28600控制器的主要特性

　　UCC28600控制器的主要特性有先进的绿色模式控制方式;低EMI及低损耗(谷底开关)的准谐振控制方式;空载损耗小于150mW(低待机电流);低启动电流(最大25μA);;可编程过压保护(输入电压和输出电压);内置过温保护，温度回复后可自动重启;限流保护：逐周期限功率，过电流打嗝式重启;可编程软启动;;集成绿色状态脚(PFC使能端)。

　　2、UCC28600工作原理

　　UCC28600内部集成了UVLO比较器，高频振荡器，准谐振控制器和软起动控制器，待机模式跳脉冲比较器，输入和输出过电压保护。其内部结构图如图3所示。

　　图3

　　(1)UVLO比较器

　　UCC28600的VDD电压在13V起动，在低于8V时关闭，有5V的滞差电压，可以提高UCC28600工作的稳定性。

　　(2)内部振荡器

　　UCC28600内部集成了一个40~130kHz的振荡器。

　　(3)准谐振控制器和软起动控制器

　　UCC28600采用准谐振的开关变换器以提高转换效率，利用变压器的励磁磁通，在开关关断期间，检测变压器绕组的输出电压，如果电压偏低及处于振荡的波谷时，可以确认该时刻变压器励磁磁通耗尽，可以开启下一周期。该准谐振模式可分为临界导通模式(CRM)和不连续导通模式(DCM)以及频率调制模式(FFM)。

　　(4)待机模式和跳脉冲比较器

　　当功率继续减小，UCC28600进入待机模式;频率调制模式(FFM)频率下降到40kHz，不再减小;当FB小于0.6V时，开关脉冲输出关断，当FB大于0.7V时，开关脉冲正常输出，从而得到跳脉冲模式的待机工作状态。

　　(5)输入和输出过电压保护

　　OVP引脚为过电压(线电压和负载电压)输入脚以及谐振开通的响应脚，此脚通过变压器初级偏置线圈来侦测输入过压，负载过压及谐振条件，其过压点可通过与此脚相连的电阻来灵活调节。

　　3、钨灯电源的技术指标

输入电压：95~260VAC50/60Hz;输出电压：5V;输出电