概述

德州仪器公司最近推出了新型PFC/PWM组合控制器UCC28510系列，为设计满足IEC1000-3-2标准谐波限制要求的TV、监视器和PC离线式开关电源(SMPS)，提供了减小元件数量和节省空间的低成本解决方案。
UCC28510系列组合IC含有8个型号(从UCC28510到UCC28517)可供选择。芯片中的功率因数校正(PFC)控制器，为在连续传导模式(CCM)下操作履行平均电流模式控制。芯片内的PWM控制器，采用峰值电流模式控制方案。与其它同类PFC/PWM组合控制器比较，UCC28510系列IC的先进性在于：

一是由于PFC采用前沿调制(LEM)而PWM级采用后沿调制(TEM)方案，从而有效地减小了在PFC升压预变换器升压电容器上的纹波电流;二是由于PFC控制器采用了高线性化的三输入乘法器为AC线路电流(IAC)产生参考信号，能获得接近于1的功率因数，在85~256V的AC线路电压范围内，产生更低的电流失真。同时，结合采用跨导误差放大器，提高了瞬态响应;三是PWM控制器最大占空因数可编程，开关频率fPWM既可以选择与PFC工作频率fPFC相同(UCC28510~UCC28513)，也可以选择fPWM为fPFC的2倍(UCC288514~UCC28517)。

主要特性

UCC28510系列PFC/PWM组合IC的主要特点和技术性能如下：

(1)采用20引脚PDID或20引脚SOIC封装，功率耗散分别为1W和0.7W;

(2)集PFC控制器和PWM控制器于同一芯片上，内部电路组成如图1所示;

(3)PFC与PWM级栅极驱动连续电流为400mA，栅极驱动脉冲源电流达-2.5A，阱(sink)电流达3A;

(4)带可编程软启动和零功率检测，最大电流/功率限制和过电压保护(OVP)等功能；

(5)PFC级驱动器最大占空比为95 5%，PWM级最大占空比为75 5%;

(6)用户可根据需要选择器件的工作频率（fPFC=fPWM或fPFC=2fPWM）和VCC导通与关断电压。其中，UCC28510/12/14/16四种器件PFC级VCC导通门限为16V，UCC28511/13/15/17四种器件PFC级VCC导通门限为10.2V,八种器件PFC级VCC关断门限均为9.7V;对于PWM级电路，PWM导通参考为6.75V，UCC28510/11/14/15的PWM截止门限是5.3V(滞后1.45V)，而UCC28512/13/16/17的PWM截止门限为3.55V(滞后3.2V)。

应用电路介绍

用UCC2851x作PFC/PWM控制器的反激式离线SMPS电路如图2所示。

系统AC线路电压输入范围为85~265V，SMPS的DC输出根据需要由变压器(T1)变压比设定。U1(UCC2851x)中的PFC控制器(相关引脚有1脚、3脚、12脚和14~18脚)与开关Q1、升压电感L1、升压二极管D3和电容C1等元件组成PFC升压预变换器，其功能是在系统输入端产生正弦电流，并在输出端(C1两端)产生高度稳定的DC电压(通常设定在400V)，获得0.99的线路功率因数。

R2是PFC级的电流传感电阻，R2上感测的电压信号分别经U1的18脚和14脚输入到内部的电流放大器和PFC电流限制比较器，旨在履行PFC峰值电流限制功能。正比于整流总线电压的电流信号经R1和U1的18(IAC)脚输入到内部乘法器，以迫使AC线路电流时刻跟踪AC线路电压的瞬时变化轨迹。R3和R4组成的电阻分压器用作检测PFC电路DC输出电压，并经U1的3脚输至内部电压误差放大器，以调节PFC开关与空比，保证PFC升压变换器推出不阻AC线路电压波动的稳定电压。

U1脚20 上参考电压输出为7.5V,脚13外部电容C5用作软启动，脚2外部电阻R20用作设定振荡器频率，VCC(9)脚外部电阻R6和电容C3为VCC启动元件。在IC进入正常操作时，变压器辅助绕组感生的高频脉冲经二极管D5整流和电容C3及C4滤波，施加到VCC脚，为U1提供工作电压。

U1脚10上输出的PWM信号驱动开关Q2，4脚外部电阻的R16和R19用作设定PWM级最大占空因数。R5为PWM级的电流感测元件，电阻R23与R24、U3(TL431)和光耦合器U2等，组成次级到初级的反馈环路，并由U1脚7接收反馈信号，以控制PWM占空因数，实现SMPS输出电压的调节。

U1的振荡器频率fosc与RT(即R20)之间关系如下：

R_{T}=\frac{1}{31 10^{-12}}(\frac{1}{f_{osc}}-2 10^{-7}) (1)
当RT＝４５~５００k 时，fosc范围在６００kＨz之间。

升压电感器的电感值由公式(2)确定：

L1=\frac{V_{AC(min)^{2}} D_{1(min)} T_{S(PFC)}}{K_{RF} P_{IN}} (2)

在公式(2)中，VAC(min)为最低AC线路电压(如85V)；PIN为系统输入功率；K_{RF}= i_{l1(p-p)}/i_{l1(nax)},为电感电流iL纹波因数(最大值为0.3)；TS(PFC)为PFC级开关周期；D1(min)为PFC级最小占空比。当升压电容C1上电压为VC1时，D_{1(min)}=1-\sqrt{2}V_{AC(min)}/V_{C1}。

PFC级电流感测电阻R2可通过公式(3)计算：

R2=\frac{V_{DYN}}{i_{lL1(min)}+0.5 i_{L1(p-p)}} (3)

在公式(3)中，VDYN＝1V，是R2上的动态电压范围；最大电感电流i_{L1(max)}=2P_{IN}/V_{AC(min)}。

U1脚14外部分压电阻R14可选择10k ，R7可由公式(4)计算：

R7=\frac{R14(10k )}{(V_{REF}/i_{L1(max)} R2)-1} (4)

PFC级电路其它阻容元件计算公式如表1所列。

对于PWM级元件的选择，与传统SMPS中PWM级电路的设计方法是一样的。
作为一个实例，若VAC=85~256Ｖ，PFC升压变换器DC输出电压是400V，输出功率为100W，Q1和Q2可选择IRFP450功率MOSFET，L1=1.7mH，升压二极管D3选用HFA08TB60快速恢复二极管，PFC级电流感测电阻R2=0.33 ，电容C1=100 F/450V,软启动电容C5=10nF，RT(R20)=133k ,R1=2 392k ,R3=2 562k +47 ,R4=22.1k 。