反激控制IC—UCC28600芯片简介及其工作原理

芯片简介

1．主要特点

新一代节能的AC／DC电源控制系统必须采用绿色模式的准谐振式工作，以减少EMI（电磁于扰）、提高效率、降低待机损耗。TI公司的UCC28600以一种特色技术解决上述要求，UCC28600主要特点如下：

（l）极低待机功耗（l50mW），符合欧洲新的绿色能源标准。

（2）准谐振式工作，降低EMI，降低开关损耗。

（3）极低起动电流，最大仅25 μA。

（4）可调过电压保护，包括输入线路过电压及输出过电压。

（5）芯片内部过热倮护，降温到某一水平后重新起动。

（6）过流保护，逐个周期式限流及“打呃”式保护。

（7）强输出驱动能力，有0．75A输出，IA漏入能力。

（8）软起动可调节。

（9）UCC28600主要用于LCD － TV、MONITOR及机顶盒电源、各种AC／DC适配器、充电器，输出功率可到200W。

2.引脚功能

1PIN 55：软起动。接一电容到GND，内部电流源为其充电，改变电容即改变充电时间，改变软起动时间。故障时9此电容即放电，经由内部一支小MOSFET放电9降下55端电压，即降下内部FB端电压，做到峰值电流限制。

2PIN FB：反馈输入或控制输人。从光耦直接送到PWM比较器，用于控制功率MOSFET的峰值电流，内部有一支20kΩ电阻从此端接到5V基准，所以光耦的光电三极管可直接接入。此端电压控制着IC的三个工作模式：准谐振（QR）模式、频率折返（FFM）模式及猝发模式（Borst Mode）。

3PIN CS：电流检测输入端。调节功率限制，可调制过流保护，CS端电压输人从电流检测电阻接人，再用两端之间的电阻值大小调节功率限制。

4PIN GMD：公共端。从Vcc端到GND用0.1 微法的旁路电容旁路。

5PIN OUT：输出驱动端。源出0．75A，漏人IA，输出电平为Vcc 到GND。

6PIN VDD：IC供电端。能量从辅助绕组供应，为防止起动过程中的“打呃”工作，还要一支较大的储能电容作旁路。

7PIN 0VP：过压保护端。检测输入线路的0VP，负载的0VP经QR开启给出，用—次偏置绕组同时进行上述三种功能。

8PIN STATUS：有源高电平开路漏极信号。作待机模式用，并用它去禁止PFC的Vcc供应。

3．主要功能

UCC28600是一个多种模式的控制器，控制流程如图1 －2所示9在不同模式的工作效率如图1 －3所示，工作模式取决于线路及负载条件，在各种工作模式下，UCC28600终止输出为高电平信号是基于开关电流，于是UCC28600总是工作在电流模式控制，所以功率MOSFET的电流总是要限制的。

在正常工作模式下，FB端命令UCC28600 的工作模式在电压阈值上，FB端的控制模式如图1 －1所示，软起动及故障时除外。软起动模式由硬开关控制变换器工作在40kHz，在Vfb低于Vss，UVLO起作用时，软起动模式被锁住，软起动状态恢复直到UVLO关断之后。

图1-1UCC28600 FB端的控制模式

图1-2UCC28600 的控制流程

图1-3 UCC28600 在不同模式的工作频率

在正常工作负载时（从100％～30％负载），UCC28600控制变换器在准谐振下工作（QRM）或断续电流下工作（DCM），此时DCM工作将频率钳制在130kHz。在10％～30％负载时，变换器工作在频率折返模式下（FFM），此时，峰值开关电流恒定，输出电压稳压曲频率调制解决”有效地工作在FFM，结果用恒定的伏秒积常数给反激变换器变压器的每个周期，FFM下的调整率用改变开关频率的方法实现，范围为130～40kHz。在最轻载时（lO％），变换器进入猝发工作模式，频率为40kHz,猝发模式的平均频率与FEM的40kHz时相同，因为猝发模式下用同样的伏秒积控制技术，保持在待机工作的临界状态中间，这由变换器的设计参数决定，如图1 －1所示。

细节方框功能图如图I －4、图I －5、图1 －6、图1 －7所示。在所有工作模式下，控制器都是电流型控制，此即UCC28600监视FB端电压作出的决定9以相应地改变工作模式。

图1 －4 振荡器电路细节

图1 －5 钳制模式电路细节

图1 －6 UCC28600的QR检测电路细节

准谐振及DCM出现在Yfb反馈电压为2．0～4．0V时，相应地, CS端电压在0．4～0.8V，逐个周期的功率限制利用一个固定的0．8V CS限制电压，过流关断阈值在图l－7中给出,在QR*率限制特色示于图1 －6。给CS的偏移电压正比于线路电压，功率限制特色用Rpl调节。

（1）准谐振／DCM控制。准谐振（QR）及DCM工作出现在反馈电压Vfb为2.0～4．0V之间。在运转时，CS峰值电压在0．4～0．8V。在此控制模式，OUT的上升沿总是出现在去磁谐振振铃的谷底处，谷底开关是QR工作的必须部分，谐振谷底开关是用来使系统钳制在最高频率的。换句话说，在DCM中频率变化为使开关出现在第一个谐振谷底，即7.7 μs(130kHz）处，注意CS端有一内部电流源1／2 Iline，它是逐个周期式功率限制功能的控制要素之一。

图1 －7 UCC28600的故障逻辑电路细节

（2）频率折返式控制。频率折返模式是用故障逻辑执行的，如图1 －7所示。模式钳制电路如图1 －5所示。在最小工作频率时，内部振荡器的锯齿波有4V峰值，0．IV谷底。当FB端电压在2．0～1．4V之间时，FB － CL信号命令振荡器成压控振荡器（vco），并能钳制振荡器电压，此外钳制振荡器限制vco工作在40～130kHz之间，FB － CL电压由调制比较器送回来有效地钳制折回的CS电压到0．4V。

（3）猝发模式控制。猝发模式控制由故障逻辑进行（见图1 －7）及绿色模式电路。0SC － CL信号钳制猝发模式工作频率在40kHz之下，于是此时FS 电压在1.4～0．6V之间，控制器命令传至负载的能量不得超出。在此运行时，误差高而Vfb低，此时Vfb降到0。6V，输入脉冲终止，直到Vfb升到0.7v。在此模式控制器工作在滞后控制， OUT脉冲在DC电压达到0．4V时终止,功率限制令开关OFF，然后再重新ON。此时Vfb电压要达到1.4V，如图1 －5矸示。猝发模式减少了平均开关频率，减少了开关损耗，提高了转换效率。

(4）故障逻辑。先进的逻辑控制，结合故障检测提供了合适的功率供给，这种提供条件终止倮护状态，线路过电压（0VP）、负载过电压（0VP）都由此方框执行，它还可防止内部基准低于4．5V时去工作，如果故障被检测出来，如过热、线路0VP、负载0VP，基准电压低落，则UCC28600即关断。

参看图1 －7、图1 －6，为调整负载的0VP，选择Rovp1、Rovp2分压比到3.75V为关断电压，为调节线路0VP，则选择R．ov、R－0V合成去驱动450μA电流，此时Vovp为2．5V。

（5）振荡器。振荡器如图1 －4所示，内部设置触发点及钳制到130kHz最高，40kHz最低，在猝发模式下，又低于40kHz。

（6）状态端子。状态端子为开漏极输出，如图1 －7所示。状态端子的输出在Vfb降到0.6V以下时，进入关断状态。在Vfb端升到1．4V以上时重新回到开启状态。绿色模式下用状态端子控制PFC部分的关断电路，如图1-8所示。执行此功能的关键元器件包括VT1、Rst1及fiRst2,电阻Rst1及fiRst2的选择使VT1饱合，以便给PFC控制IC供电。而在绿色模式下，状态端子变为高阻抗Rst1令VT1关断，使PFC控制IC关断,进入省电型。如果必要可用一支18V齐纳二极管和电阻（Rcc接到VCC处。以确保PFC控制器安全工作。

图1 － 8 绿色模式下用状态端子控制PFC部分的关断电路

（7）工作模式的调节。工作模式边界的调节由变压器及四个元件Rpl、Rcs,Rovp1及Rovp2执行。变压器特性影响模式是因其一次磁化电感和输出电压幅度（折返到一次的幅度），受MOSFET输出电容及变压器漏感的影响，设计过程要选择磁化电感及三种模式下二次折返到一次的电压。应对最大负载及最高输人电压之下，实际电感在磁化电感和MOSFET漏极处测出的电容之间谐振要计算在内。这是调节工作在QR／DCM边界的条件，其他由振荡器绿色模式决定。

上面四个元件，Rpl、Rcs,Rovp1及Rovp2必须调节设置好，它们会互相作用。UCC28600的设计计算在后面给出，为实现设计目标，仔细地在变压器参数和电阻值之间实现平衡。

（8）保护功能及特色。UCC28600具有很多保护特色，这是一款全新的特色设计，细述如下：

1）过热保护。芯片过热保护点设置在140℃，当温度降下15℃后重新恢复正常工作。

2）逐个周期功率限制。在每个周期结束时，CS端电压超出0．8V，即达到过功率限制点。

3）电流限制。当一次电流超过最大电流水平时，即CS端为1.25V电压时，器件再次关断。

4）过龟压保护。线路及负载的过电压保护由变压器匝数比Rovp1及Rovp2调节，0VP端有一个0V电压源，能源出电流不能漏入。线路过压保护出现，此时0VP钳在0V，当偏置绕组变为负向, OUT＝HI或谐振时，0V电压源钳制0VP到0V，从0VP端源出电流，它与线路－ 0VP比较器和QR检测电路成镜像，如果0VP电压大于3．75V，线路一0VP比较器开始关断程序，并被关断。

5）欠电压锁定。此项保护用来应对不适宜的偏置条件，欠电压锁定监视VDD ，并防止其在UVLO阈值下工作。