采用高效UCC28600绿色开关电源优化转换效率

1.UCC28600电路特点

UCC28600电路具有零电压开关（ZVS）转换的由UCC28600集成块转换控制的电子电路，其电能管理、电压控制模式以及保护方式，都具有它的现代特色，与L6562组合，实现零电压开关、准谐振工作模式、高效率转换，满足全球范围所期望的低能耗、高功率因素、高效率、低成本的需求。

UCC28600根据负载条件和电路电压具有多种模式控制形式，如果UCC28600在电流模式下工作，而开关电源的功率驱动开关管就要受到因功率所必需的电流的限制，在一般情况下，反馈电压控制着UCC28600的工作模式，在正常的额定负载工作条件下，UCC28600控制转换模式包括有：准谐振模式（Quasi-Resonant Converter，QRC）或断续工作模式（Dis-continuity Corre Mode，DCM），DCM模式开关电源的最大工作频率只能达到130kHz，所以负载转换有限；频率反馈模式（Frequency Feedback Mode，FFM）的开关电源的输出电流是恒定连续的，输出电压控制调整着开关频率作用，因此，FFM模式能使变压器的每个开关周期缩短，二次电压恒定，这种模式为恒功率开关电源设计创造了条件。

UCC28600的控制模式除了上述两种以外，还具有一种绿色模式，所谓绿色模式是电路的工作频率被钳制在60kHz内。当反馈电压在2.0～1.5V时，控制器控制着转换电路将剩余的电能转移到负载输出。绿色模式的最大特点是转换电路工作处于延迟控制，变压器的剩余电感（漏感）不是损耗电能而是得到充分利用，频率降低，输出脉冲减少，使开关工作损耗大为降低，在轻载时，电源效率增加，这是UCC28600主要特点。

先进的逻辑控制器和电源故障检测是UCC28600又一特点。故障检测用于电路过电压保护。发热元器件的高温（设定温度）保护和电路工作时的负载保护，还有因安装、运输、修理、温湿度环境使电源电路工作过程出现意外时，逻辑控制器则指令故障检测进行诊断并处理，如闪光报警、关断UCC28600工作状态、电路进入重新软启动。

L6562在电路中起着有源功率因素校正、提升功率因素、降低输入交流电流总谐波含量（THD），能使电路在宽范围交流输入电压和一个大的负载范围提供很低的THD及高次谐波成分。由于L6562集成电路嵌入有THD优化功能和乘法器，使电路前置输入大为简化。另外，L6562嵌有过电压检测与调整、使能控制与驱动。这样，整个系统工作在安全可靠、具有各种保护的状态下。集成块具有低于70μA的启动电流和低于4mA的工作电流，且含有截止的功能，因而特别适用于遥控开关控制，含有高技术、高价值的效能。L6562是意法微电子公司采用双极型晶体管与COMS混合工艺制造的有源功率因数校正控制集成电路。图4-1a是UCC28600的引脚排列，图4-2a是L6562的内部结构框图，图4-2b是引脚排列。

2.UCC28600的工作原理

由UCC28600和L6562组成的高效率转换、多模式控制、高功率因素、准谐振驱动，集各种保护于一体的绿色开关电源，它的工作原理如图4-1b。电路用于程控交换、DVD以及信息化工程。工作原理如下：

1）输入电路

输入电路包括有低通滤波和一次整流。图中C₁～C₆及L₁、L₂组成两级低通滤波，以滤除不同级别的EMI，C₁和C₄滤除串模干扰，C₂、C₃、C₅、C₆及L₁、L₂滤除共模干扰，R_V是压敏电阻、R_T是热敏电阻，以稳定温度和输入电压波动给电源带来的影响，这种电路能将电磁干扰衰减约80～100dB，是一种EMI最佳滤波效果电路。UR和C₇是一次整流，完成正弦波交流变为脉动直流。

2）有源功率因数校正电路

APFC电路主要由开关管VT₁、升压变压器TR₁、升压二极管VD₁、滤波电容C₈以及IC₁等元器件组成。流经TR₁的脉动电流紧紧跟踪着输入电压按正弦波规律变化，使输出电流呈现正弦波，正弦波电流加到VT₁控制它的通断，将输入电流波形与脉动电压同相，降低总谐波含量，提高输入电源功率因素，实现有源功率因数校正。VD₂是APFC电路电压的输出端，输出电压的高低由分压电阻R₂₇和R₂₅的分压系数决定，调整R₂₅，便可调整输出电压。IC₁的7脚是PFC信号输出，此信号触发VT₁的栅极，以控制PFC的转换过程，使VT₁的源极峰值电流控制在600mA，吸收电流控制在800mA以内，IC₁的驱动电压也钳制到12V左右，避免驱动电压升高而影响IC₁的供电电压。R₂是反馈取压电阻。VT₁电流流过取样电阻R₂，使产生电压降，该电压与IC₁内部的正弦电压形成基准信号电压，与乘法器比较，以决定VT₁的关闭。R₁₈、R₁₉及R₂₁是误差放大器信号输入端的分压电阻，此信号经IC₁内

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图4-1 UCC28600引脚图及其所组成的开关电源

部比较器比较后，进行电压调整，并对输入电压进行检测，实施电压保护。R₂₃是电感电流检测电阻，根据电路检测电流的大小，通过IC₁使能控制，向IC₂提供多样控制模式。

图4-2 L6562内部结构及引脚排列图

1—误差放大器输入端 2—误差放大器输出端 3—误差乘法器输入端 4—PWM输入端 5—检测电压输入端 6—GND端 7—栅极驱动输出端 8—V_CC电源

3）L6562的供电电路

该电路由VD₅、VD₆、晶体管VT₄，电解电容C₁₀、C₁₈、稳压二极管VS₂等元器件组成。变压器TR₂的反馈绕组取得18V脉动电压，经VD₆单边整流后电解电容C₁₀滤波，电阻R₈平波，再由VT₄、R₁₈所形成的晶体管共基恒流源恒流，在VS₂的13V稳压后，向IC₁的8脚输出13V稳定直流工作电压。电路在启动瞬间，启动电压由分压电阻R₁₈及R₁₉、R₂₀组成，向IC₁的V_CC提供，当PFC工作开始后，高频振荡变压开始振荡，TR₂的反馈级很快产生电压，IC₁从此获得到工作电压。

4）PWM控制电路

脉宽调制（PWM）是该电路一大功能，具有准谐振绿色控制方式，有先进的节约能量特点，还有高水准的保护方式，为降低开关电源在轻载或无载时将PWM和频率调制（PFM）相结合进行调制创造了条件，充分发挥了两种调制的优点，使电路的控制水平得到极大的提升，为开发出优质高效电源创造了先例。它的工作原理是这样的：随着电源输入电压和负载的变化，引起IC₄发光二极管的亮度改变，经耦合，将使IC₂的信号反馈第2脚控制输入也发生变化，这种变化，将调制脉冲整形比较，经放大，形成PWM驱动信号，此信号控制MOSFET的占空比，经高频变压器频率转换，最终将稳定由输入电压和电源负载所引起的改变。光耦合器的脉冲信号电压，同时也控制着IC₂三种不同工作模式：准谐振模式（QRM）、频率反馈模式（FFM）和绿色模式（GM）。这三种工作模式使压控振荡器的工作频率限制在40～130kHz变化。这种频率既有利于电源电能的转换，同时也减轻了功率开关管和高频变压器的损耗。准谐振工作方式，使功率开关管处在零电压导通、零电流关断的工作状态，使得开关管损耗最低、谐波含量最小、电源转换效率最高，是现代电源变换普遍采用的一种最先进技术。图4-5b的VS₄、VT₇是为负反馈信号稳定工作点而设置的。C₃₁、C₃₀及R₃₇决定误差放大器的频率，R₃₅、R₃₆及C₂₉是改善和修正误差放大器的瞬态响应，R₃₃、R₃₄及R₃₅是决定输出电压定性电阻。二极管VD₈、晶体管VT₆及电阻R₁₀是提高功率管VT₅的开关速度而设置的保护电路。当功率管MOSFET关闭时，由功率管MOSFET的极间电容与高频变压器的漏感很容易产生谐振，这种谐振电压不但会损坏MOSFET，而且还影响电路不能准确地进入准谐振工作方式，为了消除在MOSFET上的谐振，本电路采用了R₄、C₉、R₅及VD₇组成的R²CD缓冲器。当振荡电压施加到处于截止的二极管VD₇时，这时缓冲电容C₉将电压电荷快速释放，从而抑制了振荡电压所产生的电负荷，保护了MOSFET，提高了电路转换效率。

5）输入电压检测电路和输出电流检测电路

过电压保护是每个开关电源必须具有的技术功能，UCC28600不但具有过电压、欠电压保持，还具有电路过电压、负载过电压和准谐振功能。由R₂₄、R₂₆、R₂₈和稳压二极管VS₁及电容C₂₂、VT₃组成输入电压检测电路。由R₁₂、R₁₁和场效应晶体管VT₅组成的电流检测电路。过电流、过载保护是由该电路来完成的。电容C₁₃是场效应功率驱动晶体管的源—漏极间电荷放电电容，C₁₄是电路旁路电容，R₁₁是取样电阻，R₁₂是限流电阻。UCC28600控制集成电路内置有多种保护功能，但是，外围的电路参量是完善和具有先进功能极为重要的设计，电量传递回路和信号控制回路要有严格的距离，电源地和输出地不能混在一起，高频变压器周围的元器件要紧靠变压器，引线越短越好。