UCC28019A LED照明負(fù)載動態(tài)性能優(yōu)化解決方案

　　用于高功率PWM調(diào)光LED街道照明的90Vac到305Vac寬輸入范圍應(yīng)用越來越多，而UCC28019A控制器非常適合于這種應(yīng)用。但是，輸出負(fù)載PWM調(diào)光帶來的PFC電感噪聲問題，可能是主要問題。本文中，我們將基于小信號模型分析這種現(xiàn)象的根本原因，并提出解決方案。為了驗(yàn)證這種建議解決方案的有效性，我們使用UCC28019A平均模型并利用實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)證明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析結(jié)果和仿真結(jié)果非常吻合。

　　引言

　　CCM工作的平均電流控制是最為典型的一種控制方案，其廣泛用于高功率APFC轉(zhuǎn)換器，例如：基于UC3854的轉(zhuǎn)換器等。相比峰值電流控制，它擁有許多優(yōu)勢，例如：無需外部補(bǔ)償斜率、更高的檢查電流信號噪聲抑制度以及更低的輸入電流THD。但是，在芯片內(nèi)部使用乘法器的傳統(tǒng)CCM控制方案，讓外部電流設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。最近，使用1-D控制模型的新型CCM(一種8引腳解決方案)，例如：TI UCC28019A控制器等，成為廣大工程師們的首選。

　　UCC28019A控制器利用開關(guān)式轉(zhuǎn)換器的脈沖和非線性特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對整流電壓或者電流平均值的即時(shí)控制。設(shè)計(jì)這種控制方案的目的是，提供比其它PFC控制器更快的動態(tài)負(fù)載響應(yīng)和更好的輸入擾動抑制。

　　在實(shí)際工程中，大多數(shù)工程師都對寬輸入范圍UCC28019A控制器的高PF值以及無輸出過沖導(dǎo)通升壓的優(yōu)異性能印象深刻。這個優(yōu)點(diǎn)讓UCC28019A比傳統(tǒng)BCM PFC控制器更加適合于這種應(yīng)用。特別是在高功率PWM調(diào)光LED街道照明的90到300Vac寬輸入范圍應(yīng)用越來越多的情況下，尤其如此。但是，當(dāng)使用動態(tài)響應(yīng)時(shí)，其獨(dú)特的環(huán)路特性會引起可見噪聲問題。

　　鑒于上述問題，本文的目標(biāo)是為你介紹一種能夠改善這種動態(tài)性能的合適解決方案。首先，第2小節(jié)詳細(xì)介紹了這個問題。為了研究清楚其原因，第3小節(jié)對電流環(huán)路小信號進(jìn)行了分析，基于此，詳細(xì)說明了其根本原因，并提出一種正確的解決方案。為了對這種解決方案進(jìn)行完整的驗(yàn)證，我們還使用相應(yīng)的UCC28019A平均模型，在第4小節(jié)對實(shí)驗(yàn)測試和結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。最后，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，文章概括了這種解決方案的一些設(shè)計(jì)技巧。

　　UCC28019A負(fù)載動態(tài)可見噪聲描述

　　下列兩種情況可能會出現(xiàn)動態(tài)噪聲問題：

　　1、未對環(huán)路進(jìn)行優(yōu)化時(shí)負(fù)載上升情況(參見圖1)，這時(shí)PFC峰值電感電流即刻增加，從而導(dǎo)致鐵氧體感應(yīng)器飽和。

　　基于UCC28019A工作原理的根本原因分析

　　小信號建模是研究轉(zhuǎn)換器控制環(huán)路穩(wěn)定性的最實(shí)用方法。本小節(jié)重點(diǎn)討論UCC28019A內(nèi)部電流環(huán)路的主小信號傳遞函數(shù)，因?yàn)殡妷涵h(huán)路電壓擾動下的電感電流響應(yīng)是我們的主要研究目標(biāo)。

　　1、根據(jù)UCC28019A負(fù)載上升期間Vcomp變化對PFC電感電流噪聲進(jìn)行分析

　　就傳統(tǒng)PFC轉(zhuǎn)換器而言，實(shí)現(xiàn)功率校正的關(guān)鍵是讓輸入電流追蹤輸入電壓。[1]文件詳細(xì)說明了1-D控制電路實(shí)現(xiàn)。為了研究其小信號特性，本小節(jié)中，我們只介紹小信號傳遞函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，在UCC28019A內(nèi)部，還有2個環(huán)路：電流環(huán)路和電壓環(huán)路。

　　3、UCC28019A控制器降壓期間PFC電感電流噪聲分析

　　在大多數(shù)情況下，PFC負(fù)載下降過程中可能會出現(xiàn)PFC電感噪聲。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)輸出OVP被觸發(fā)時(shí)出現(xiàn)這種電感噪聲。另外，如果OVP保持被觸發(fā)狀態(tài)則這種噪聲可能會存在相當(dāng)長一段時(shí)間，特別是當(dāng)負(fù)載被切換至輕負(fù)載模式時(shí)。因此，噪聲會與輸出OVP保護(hù)模式緊密相關(guān)。

　　產(chǎn)品說明書稱，UCC28019A擁有非常簡單的OVP保護(hù)模式—如果OVP保護(hù)被觸發(fā)，則其直接關(guān)閉驅(qū)動器。但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動器在這種狀態(tài)下出現(xiàn)異常，并且電感電流也有一些異常高峰值電擊。

　　許多實(shí)驗(yàn)表明，Vcomp隨這種過程非常緩慢地下降。如果縮短該降壓時(shí)間，則噪聲減少。因此，一種好的解決方案是，當(dāng)OVP被觸發(fā)時(shí)，使用一些外部方法來對補(bǔ)償電容器快速放電。一旦Vcomp電壓下降，輸出也脫離OVP電平，并且不再存在噪聲問題。

　　4、UCC28019A負(fù)載下降期間PFC電感電流噪聲解決方案

　　正如3小節(jié)所分析的那樣，有一種方法可以快速地降低Vcomp電壓。在一些情況下，這不會存在嚴(yán)重的問題，因?yàn)槲覀冞x擇了小值補(bǔ)償電容器，噪聲不那么明顯。但在大多數(shù)情況下，當(dāng)PCB布局不理想且沒有達(dá)到更高PF值時(shí)，電壓補(bǔ)償環(huán)路便沒有優(yōu)化的余地，但負(fù)責(zé)下降噪聲卻仍然很明顯;在這種情況下，要求使用外部電路來解決這個問題。

　　建議解決方案如下：

　　為了易于理解，我們使用標(biāo)準(zhǔn)OP和TL431或者TL103，實(shí)現(xiàn)電路如圖7所示。

　　結(jié)論

　　本文基于初始UCC28019A應(yīng)用，詳細(xì)說明了輸出負(fù)載上升與下降期間噪聲問題的根本原因。對于PWM調(diào)光LED街道照明應(yīng)用來說，這是一個急需解決的問題。我們?yōu)槟闾岢隽讼鄳?yīng)的解決方案，并通過理論分析和仿真以及實(shí)驗(yàn)測量，對其有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，它們非常符合要求。

　　總之，我們通過建議TL103外部電路，可以對電壓環(huán)路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以避免負(fù)載上升噪聲，同時(shí)還可以避免負(fù)載下降噪聲。注意，TL103的另一部分可在實(shí)際工程中用于高溫保護(hù)，其意味著這種建議外部電路具有極大的使用價(jià)值。