基于UCC28019的AC-DC变换电路的设计

2018-09-21周孟强宋伟李刚

电子制作 2018年15期

周孟强，宋伟，李刚

（湖北文理学院物理与电子工程学院，湖北襄阳，441053）

0 引言

电能源与当今人类的生产生活密不可分，也正因为如此，人们一直在努力探索寻求稳定高效的发电途径、方法和设备。开关电源作为一种新型电源，比传统的线性稳压电源的电源效率提高近一倍，具有效率高、功率低、体积小、重量轻等一系列优点。开关电源现在在很多方面都有着广泛的应用，不仅适用于众多的电子产品，而且应用于仪器仪表、计算机内部的供电系统和测控系统等方面。稳压电源的制作现在大部分使用开关电源，是如今稳压电源的主流作品。目前，开关电源已经变得越来越集成化、智能化和模块化。

1 系统工作原理

本设计以Boost升压电路为核心电路，通过功率因数校正电路输出PWM信号来对Boost电路进行控制，Boost将整流后的24V交流电压升压再通过电容滤波后得到36V的直流输出电压。该系统的总体结构框图如图1所示，图中变压器由自耦变压器和隔离变压器构成。

该设计还有如下附加功能：能校正AC—DC变换电路交流输入侧功率因数，提高电路效率，输入欠压保护和输出过流保护功能。

2 硬件系统设计

整个系统主要由整流电路、Boost电路和功率因数校正电路等电路组成。

图1 系统整体结构框图

2.1 整流电路的设计

半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路是电源电路中整流电路的主要三种方向。本设计使用的是桥式整流电路。该电路是将24V的交流电压从接口端P2流入整流桥进行整流，然后利用整流二极管的单向导电的特性将整流后的直流电压送给Boost电路。整流电路如图2所示。

图2 整流电路原理图

此电路的输入滤波器容量是开关电源的一个重要参数。只有选择合适滤波电容（C3）,才能有效的降低整流滤波器的输出纹波。

2.2 Boost电路的设计

Boost升压电路中的储能电感L1、功率开关管Q1、续流二极管D2、输出滤波电容C4是此电路的主要元器件，电路原理图如图3所示。

当功率因数校正电路中的UCC28019芯片的8号脚有PWM波形输出时（J1口有脉冲输入），功率开关管Q1导通，整流电路输出的J2、J3两端的输入直流电压Ui几乎全部加在储能电感L两端，此时电感极性为左端正右端负，续流二极管D2反偏处于截止状态，电流从电源正端经储能电感L1和功率开关管Q1流回电源负端，储能电感电流iL按线性规律上升，电感L1将电能转化为磁能储存起来。经过一段时间后，控制电路无PWM波形输出（J1口无脉冲输入），使Q1截止，L1两端自感电势的极性变为右端正左端负，使D2导通，L1释放储能，储能电感电流iL按线性规律下降；这时Boost电路的输入电压Ui和L1上的电压UL叠加起来，经续流二极管D2向负载供电和滤波电容C4充电。重复上述两种过程。

该电路的优点：（1）输出电压总是高于输入电压，当功率开关管被击穿短路时，不会出现输出电压过高而损坏负载的情况。（2）升压变换器的输入电流（即L中的电流iL）是连续的，不是脉冲电流，因此对电源只有较小的干扰，缓解输入滤波的任务。

该电路的缺点：输出侧的电流（流经D2的电流）是不连续的，即脉冲电流，加重了输出滤波的任务。

图3 Boost电路原理图

2.3 功率因数校正电路的设计

本功率因数校正电路的设计主要是使用TI公司研发的功率因数校正控制芯片UCC28019。UCC28019芯片有8脚的PDIP和8脚的SOIC两种封装形式，其引脚排列如图4所示。

该8—Pin连续导电模式（CCM）PFC控制器有以下特征：

·8—Pin 无感测电压，减少外围元器件；

图4 芯片引脚图

·宽输入电压范围通用AC；

·工作频率固定 61—kHz；

·最大占空比高达97%；

·具有输出过/欠压保护功能；

·具有输入欠压保护功能；

·具有峰值电流限制；

·可以开环检测；

·拥有用户可控低功耗待机模式。

当该芯片的脚4（VINS）能实现输入交流电压检测和输入电压的欠压保护，当该引脚的电压低于0.8V时，芯片会停止工作，直到电压达到1.5V的时候该芯片才开始初始化软启动过程。脚3（ISENSE）对地接一个1000pF的电容（C10）用于提高该引脚的抗噪声能力。脚6（VSENSE）是输出电压检测端，也能实现输出电压过压保护。当该引脚超过其额定电压的105%时会关闭开关驱动信号。脚8（GATE）是栅极驱动（推挽式栅极驱动），用于驱动Boost升压电路中的功率开关管Q1，能提供1.5～2.0A的驱动电流，输出电压被钳位在12.5V。基于UCC28019的功率因数校正电路如图5所示。