用于高功率PWM调光LED街道照明的90Vac到305Vac宽输入范围应用越来越多,而UCC28019A控制器非常适合于这种应用。但是,输出负载PWM调光带来的模型分析这种现象的根本原因,并提出解决方案。为了验证这种建议解决方案的有效性,我们使用UCC28019A平均模型并利用实验来进行检验。经证明,实验结果与分析结果和
UCC28019A, LED照明,APFC,平均模型,负载动态,仿线、 引言
芯片内部使用乘法器的传统CCM控制方案,让外部电流设计变得复杂。最近,使用1-D控制模型的新型CCM(一种8引脚解决方案),例如:TIUCC28019A控制器等,成为广大工程师们的首选。UCC28019A控制器利用开关式转换器的脉冲和非线性特点,实现对整流电压或者电流平均值的即时控制。设计这种控制方案的目的是,提供比其它PFC控制器更快的动态负载响应和更好的输入扰动抑制。
在实际工程中,大多数工程师都对宽输入范围UCC28019A控制器的高PF值以及无输出过冲导通升压的优异性能印象深刻。这个优点让UCC28019A比传统BCM PFC控制器更加适合于这种应用。特别是在高功率PWM调光LED街道照明的90到300Vac宽输入范围应用越来越多的情况下照明动态,尤其如此。但是,当使用动态响应时,其独特的环路特性会引起可见噪声问题。
鉴于上述问题,本文的目标是为你介绍一种能够改善这种动态性能的合适解决方案。首先,第2小节详细介绍了这个问题。为了研究清楚其原因,第3小节对电流环路小信号进行了分析;基于此,详细说明了其根本原因,并提出一种正确的解决方案。为了对这种解决方案进行完整的验证,我们还使用相应的UCC28019A平均模型,在第4小节对实验测试和结果进行验证。最后,结合实际工程应用,文章概括了这种解决方案的一些设计技巧。
关于LED—就户外应用而言,这种现象受到抑制,原因是后期PWM负载调光要求。
的根本原因分析小信号建模是研究转换器控制环路稳定性的最实用方法。本小节重点讨论UCC28019A内部电流环路的主小信号传递函数,因为电压环路电压扰动下的电感电流响应是我们的主要研究目标。
就传统PFC转换器而言,实现功率校正的关键是让输入电流追踪输入电压。[1]文件详细说明了1-D控制电路
对APFC转换器的1-D控制方案深入研究后发现,1-D功能等效电路可移至电流环路的控制模块。请参见[2]的内部功能模块。图3显示了在UCC28019A内部使用1-D控制方案的补偿电流环路:
至于功率因数校正,主要问题是追踪输入电压的输入电流的工作原理。我们知道,在90到120Hz低频范围,输入电流始终追踪输入电压;因此,电流环路是唯一的低频特性问题。与UC3854一样,UCC28019A的功率因数原则也结合了电流环路的低频特性。由方程式(1),我们可以看到,稳定工作状态下 的低频增益为:
图4 Vcomp下m3(Vcomp)曲线),我们知道,取决于的稳定值,其表明某种稳定工作状态下,Iin电流仍然受到这些参数的扰动。这同时也表明,Vcomp快速变化以后PFC电流响应迅速。
从前面分析,我们可以得出这样的结论:如果在注入某个Vcomp扰动时PFC电感电流必须有一些小变化,则同时必须降低的值。但是,在实际功能优化设计过程中,这很难控制。因此,标准解决方案依赖于整个电压环路闭合时Vcomp变化降低的程度。
当5%以上的输出电压扰动出现在VSENSE输入时,放大器脱离线性运行。在欠压状态下,UVD功能调用EDR,其立即将电压误差放大器跨导从42µs增加至440µs。这种高增益促使补偿
器更迅速地充电至新的工作电平世界杯买球网。这表明,EDR产生大量的Vcomp充电量,从而极大提高Vcomp升压,特别是当输出电流急剧增加时。所以,如果根据EDR功能要求降低Vcomp影响,则必须在可能的情况下,稍微提高电压环路响应速度,以避开UVP点。如图6所示,我们必须稍微降低电压反馈电路(通常为Ccv2)响应速度,使其稍快于环路响应时间。
在大多数情况下,PFC负载下降过程中可能会出现PFC电感噪声。实验表明,当输出OVP被触发时出现这种电感噪声。另外,如果OVP保持被触发状态则这种噪声可能会存在相当长一段时间,特别是当负载被切换至轻负载模式时。因此,噪声会与输出OVP保护模式紧密相关。
产品说明书称,UCC28019A拥有非常简单的OVP保护模式—如果OVP保护被触发,则其直接关闭驱动器。但在实际实验中,我们发现,驱动器在这种状态下出现异常,并且电感电流也有一些异常高峰值电击。许多实验表明,Vcomp随这种过程非常缓慢地下降。如果缩短该降压时间,则噪声减少。因此,一种好的解决方案是,当OVP被触发时,使用一些外部方法来对补偿电容器快速放电。一旦Vcomp电压下降,输出也脱离OVP电平,并且不再存在噪声问题。
正如3.3小节所分析的那样,有一种方法可以快速地降低Vcomp电压。在一些情况下,这不会存在严重的问题,因为我们选择了小值补偿电容器,噪声不那么明显。但在大多数情况下,当
布局不理想且没有达到更高PF值时,电压补偿环路便没有优化的余地,但负责下降噪声却仍然很明显;在这种情况下,要求使用外部电路来解决这个问题。建议解决方案如下:
为了易于理解,我们使用标准OP和TL431或者TL103,实现电路如图7所示世界杯买球网。
图8显示了使用TL103的完整解决方案。正常情况下,TL103的一半可用于高温保护,这是实际工程中安全标准所要求的。
在实际设计中,这种解决方案的重点必须达到R1、R2和TL103高容限的下列要求:
为了验证上一小节提到的解决方案的可行性,我们建立UCC28019A平均模型,并进行仿真。与此同时,制造实验样机,对解决方案进行验证。
当PFC从无负载转为全负载瞬态时,而EDR仍然工作在PFC工作状态下,PFC电感出现峰值电流不可避免;但是,不存在电感饱和问题,也没有可见噪声。但是,当PFC从全负载转为无负载瞬态时,电感存在噪声。图10显示了初始应用的仿线的输出和电感电流仿真结果
从前面仿真结果,我们知道,当PFC负载下降时,可以清楚地观察到噪声。现在,图9描述了这个外部TL103;图11显示了输出电压、电感电流和OP输出的仿线 输出、电感电流与TL103输出的仿线所示仿真结果,我们可以看到,噪声消失了,而TL103对电压环路的电容器电流进行放电。因此,输出电压可以迅速地进入调节范围。但是,一个很重要的问题是,无负载功耗要求不得影响无负载工作。
为了对实际工作情况进行验证,我们在样机上做了一个实验。图12显示了基于初始应用的测量结果;在输出负载下降过程中我们可以清楚地看到噪声的存在。但是,使用改进之后的解决方案,噪声消失了(参见图13),其与仿真结果相同。
本文基于初始UCC28019A应用,详细说明了输出负载上升与下降期间噪声问题的根本原因。对于PWM调光LED街道照明应用来说,这是一个急需解决的问题。我们为你提出了相应的解决方案,并通过理论分析和仿真以及实验测量,对其有效性进行了验证。结果表明,它们非常符合要求。
总之,我们通过建议TL103外部电路,可以对电压环路参数进行优化以避免负载上升噪声,同时还可以避免负载下降噪声。注意,TL103的另一部分可在实际工程中用于高温保护,其意味着这种建议外部电路具有极大的使用价值。
。该拓扑使用过渡模式(TM)PFC加LLC控制,可支持输出侧的PWM调光
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