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特征
不带传感线电压的8针解决方案减少了外部组件
宽范围通用交流输入电压
固定65千赫工作频率
最大占空比97%
输出过压/欠压保护
输入失磁保护
逐周峰值限流
开环检测
低功耗用户控制待机模式
应用
功率因数校正功率转换器
服务器和桌面电源
电信整流器
工业电子
家用电器
描述
ucc28019 8针有源功率因数校正（pfc）控制器使用在连续传导模式（ccm）下工作的boost拓扑。该控制器适用于在100瓦至>2千瓦范围内的系统，可通过宽范围的通用交流线路输入。欠压锁定期间的启动电流小于200μA。用户可以通过拉动低于0.77 V的VSENSE引脚来控制低功耗待机模式。
采用平均电流模式控制，无需输入线传感，实现了输入电流的低失真波形整形，减少了材料单分量的数量。简单的外部网络允许对电流和电压控制回路进行灵活的补偿。开关频率是内部固定的，并在25°C时调整到高于5%的精度。快速1.5 A栅极峰值电流驱动外部开关。
许多系统级保护功能包括峰值电流限制、软过电流检测、开环检测、输入棕色输出检测、输出过电压保护/欠电压检测、VCOMP上的无电源放电路径和ICOMP上的过载保护。软启动限制启动期间的升压电流。修剪的内部参考提供准确的保护阈值和调节设定值。一个内部夹将栅极驱动电压限制在12.5V。
典型应用图
应用程序信息
UCC28019操作
ucc28019是用于boost变换器的开关模式控制器，用于在连续传导模式下以固定频率工作的功率因数校正。UCC28019只需要很少的外部部件就可以作为有源功率因数校正预调节器工作。其微调振荡器提供65 kHz的标称固定开关频率，确保传导EMI噪声频谱的基波和二次谐波分量均低于EN55022传导频带150 kHz的测量限值。
其紧密修剪的内部5伏参考电压提供了精确的输出电压调节，在典型的世界范围内85伏至265伏交流电源输入范围从零到全输出负载。可用系统负载范围为100w至2kw，并可在特殊情况下扩展。
调节分两个回路完成。在连续电感电流条件下，电流内环形成平均输入电流以匹配正弦输入电压。在极轻负载条件下，根据升压电感值，电感电流可能不连续，但尽管谐波较高，但仍符合iec 1000-3-2的d级要求。外部电压环调节VCOMP上的输出电压（取决于线路和负载条件），VCOMP确定内部增益参数，以保持低失真稳态输入电流波形
电源
UCC28019通过外部偏置电源工作。建议设备由调节辅助电源供电。此设备不用于自举偏压电源。自举的偏置电源通过输入的高电压通过在VCC上具有足够电容的电阻器馈送，以保持VCC上的电压，直到电流可以从升压电感器上的偏置绕组提供。VCC的最小磁滞需要一个不合理的保持电容值。
在正常运行期间，当输出被调节时，装置所消耗的电流包括额定运行电流加上供给外部升压开关栅极的电流。偏置电源的去耦必须考虑开关电流，以便将VCC上的纹波电压保持在最小。从VCC到GND，建议使用最小值为0.1μF的陶瓷电容器，具有短而宽的记录道。
设备供应状态
器件偏置在几种状态下工作。启动期间，VCC欠压锁定（UVLO）设置PFC控制器的最小工作直流输入电压。有两个uvlo阈值。当超过uvlo开启阈值时，控制器开启。如果VCC低于UVLO下限关闭阈值，控制器将关闭。在uvlo过程中，器件所消耗的电流是最小的。装置启动后，启动软启动（SS），并以受控方式增加输出，以减少外部元件上的应力并防止输出电压超调。在软启动过程中，在输出调节后，装置吸取其正常运行电流。如果遇到几种故障情况中的任何一种，或者如果设备被外部信号置于待机状态，则设备将消耗一个减小的待机电流。
软启动
电压环跨导放大器的输出vcomp在uvlo、ibop和olp（开环保护）/待机期间被拉低。在故障解除后，软启动控制VCOMP的上升率，以获得随时间变化的占空比的线性控制。在软启动过程中，恒定的30微安电流被输入到补偿元件中，导致该引脚上的电压线性上升，直到输出电压达到其最终值的85%。此时，源极电流开始减小，直到输出电压达到其最终额定电压的95%。软启动时间由选择的电压误差放大器补偿元件制，并根据所需的环路交叉频率由用户编程。一旦vout超过95%的速率电压，edr将不再被抑制
软启动
系统保护
系统级保护功能可将系统保持在安全操作范围内：
输出保护状态
VCC欠压锁定（UVLO）
在启动过程中，uvlo将设备保持在关闭状态，直到vcc上升到10.5-v启用阈值vccon以上。在典型的1v的uvlo迟滞以消除噪声的情况下，当vcc下降到9.5v的禁用阈值vcc off时，设备将关闭。
输入棕色输出保护（IBOP）
VINS（感应输入线电压）输入为设计人员提供了一种设置所需电源均方根电压水平的方法，在该电压水平下，PFC预调节器应启动，Vac（接通），以及所需电源均方根电压水平下，其应关闭，Vac（断开）。这可防止系统在“棕色输出”电压或低于该电压时不必要的持续运行，在该电压下，过大的线路电流可能会使部件过热。此外，由于VCC偏置不是直接从线电压中产生的，IBOP保护电路免受可能不会触发VCC UVLO关断的低线条件的影响。
输入棕色输出保护（IBOP）
输入线电压通过电阻分压器滤波器网络直接从整流交流电源电压感测，在VINS输入端提供一个定标和滤波值。当VINS降至（从高到低）0.8 V以下时，IBOP将设备置于待机模式，VINSbrownoutu th。当VIN升高（从低到高）超过1.5 V时，设备将退出待机状态。来自VINS的Ivins_0 V偏置电流小于0.1μA。在偏置电流如此低的情况下，几乎不担心该电流流过传感网络所导致的任何设定点误差。应选择该网络的最高合理电阻值，以最小化功耗，特别是在需要低待机功率的应用中。请注意，较高的电阻值更容易受到噪声拾取，但低噪声PCB布局技术可以帮助减轻这种情况。此外，根据所使用的电阻器类型及其额定电压，rvins1应采用多个串联电阻器来降低电压应力。
开环保护/备用（OLP/备用）
如果输出电压反馈元件发生故障并断开（开环）VSENSE输入信号，则电压误差放大器可能会将栅极输出增加到最大占空比。为了防止这种情况，内部下拉力vSense低。如果输出电压降到额定电压的16%以下，导致VSENSE降到0.8V以下，则设备处于待机状态，即停止脉冲宽度调制开关，且设备仍处于打开状态，但消耗的待机电流低于3毫安。此关闭功能还为设计器提供了使用外部开关拉低vSense的选项。
输出欠压检测（uvd）/增强动态响应（edr）
在负载变化较大的情况下，增强型动态响应（edr）可以加速低带宽电压环的慢响应
过电压保护、开环保护/备用
过电流保护
电感电流由输入整流器回路中的一个低值电阻rsense感应。电阻器的另一侧与系统接地相连。感应电阻的整流器侧感应到电压，电压始终为负。有两种过电流保护功能：峰值电流限制（PCL）防止电感器饱和，软过电流（SOC）防止输出过载。
软过电流（SOC）/峰值电流限值（PCL）
软过电流（SOC）
SOC限制输入电流。当isense上的电流感应电压达到-0.73v时，soc被激活，影响内部vcomp电平，并调整控制回路以减少pwm占空比。
峰值电流限值（pcl）
峰值电流限值按周期运行。当iSense上的电流感应电压达到-1.08 V时，激活PCL，终止激活的开关循环。ISENSE的电压被-1.0的固定增益放大，然后前缘被覆盖，以提高抗误触发的噪声。
栅极驱动器
栅极输出采用电流优化结构，在高开关速度下直接驱动大值mosfet栅极总电容。内部箝位将mosfet栅极上的电压限制在12.5v。外部栅极驱动电阻器rgate限制上升时间，并抑制栅极驱动电路的寄生电感和电容引起的振铃，从而降低emi。电阻的最终值取决于与布局相关的寄生元件和其他考虑因素。在栅极和接地之间，靠近mosfet栅极的10-kΩ电阻放电杂散栅极电容，并防止意外dv/dt触发导通。
电流环
整个系统电流回路由电流平均放大器级、脉冲宽度调制器（pwm）级、外部升压电感级和外部电流传感电阻组成。
ISENSE和ICOMP函数
电流感测电阻器的负极性信号在ISENSE输入端被缓冲和反转。内部正信号然后由电流放大器（GMI）平均，其输出为ICOMP引脚。icomp上的电压与平均电感电流成正比。在icomp管脚上加一个接地外部电容，用于电流环补偿和电流纹波滤波。平均放大器的增益由内部VCOMP电压决定。这种增益是非线性的，以适应世界范围的交流线电压范围。当设备处于故障或待机状态时，icomp内部连接到4v。
脉冲宽度调制器
pwm级将icomp信号与周期性斜坡进行比较，以产生前沿调制输出信号，当斜坡电压超过icomp电压时，前沿调制输出信号是高的。斜坡的斜率由内部VCOMP电压的非线性函数定义。
在周期开始时，由内部时钟触发的pwm输出信号总是低启动。输出在最小关断时间toff（min）内保持较低，之后斜坡线性上升，与icomp电压相交。匝道icomp交叉点决定toff，因此doff。由于boost拓扑方程中的doff=vin/vout，并且vin是正弦波形，并且icomp与电感电流成正比，因此控制回路迫使电感电流跟随输入电压波形以保持boost调节。因此，平均输入电流也是正弦波形。
控制逻辑
pwm比较器级的输出被传送到栅极驱动级，由集成到ic中的各种保护功能进行控制。栅极输出占空比可能高达99%，但始终具有最小的关断时间toff（min）。正常的占空比操作可以由OVP和PCL在逐周期的基础上直接中断。UVLO、IBOP和OPL/Stand也终止了门输出脉冲，并且进一步抑制输出，直到SS操作开始。
电压环
pfc控制器的外部控制回路是电压回路。该电路由pfc输出敏感级、电压误差放大级和非线性增益产生电路组成。
输出感应
从pfc输出电压到gnd的电阻分压网络构成了电压控制回路的传感块。电阻比由期望输出电压和内部5-V调节参考电压决定。
与VINS输入一样，VSENSE输入端的极低偏置电流允许为最低功耗和备用电流选择最高实用电阻值。从vsense到gnd的小电容器用于在高噪声环境中过滤信号。该过滤时间常数通常应小于100微秒。
电压误差放大器
跨导误差放大器（gmv）产生的输出电流与vsense处的电压反馈信号和内部5-v参考电压之间的差成比例。该输出电流对VCOMP引脚上的补偿网络电容器进行充电或放电，以建立适合系统工作条件的VCOMP电压。适当选择补偿网络元件，可在整个交流线路范围和0-100%负载范围内实现稳定的pfc预调节器。总电容也决定了软启动时VCOMP电压的上升率，如前所述。
在任何故障或待机状态下，放大器输出VCOMP被拉至GND，以将补偿电容放电至初始零状态。通常，大电容器有一个串联电阻，通过其各自的时间常数（可能是几百毫秒）延迟完全放电。如果vcc偏置电压在uvlo后迅速消除，vcomp上的正常放电晶体管将失去驱动力，大电容器上可能会留下大量的电压，从而抵消随后软启动的好处。ucc28019包含一个无vcc偏置的并联放电路径，以在vcc被移除后进一步放电补偿网络。
当输出电压扰动大于5%时，放大器将退出线性工作。在过电压时，ovp函数直接作用于关断栅极输出，直到vsense返回到调节值的5%以内。在欠压情况下，uvd函数调用edr，该edr立即将内部vcomp电压增加2v，并将外部vcomp充电电流通常增加到100微安到170微安。该较高的电流有助于将补偿电容器更快地充电到新的工作电平，提高瞬态响应时间。
非线性增益产生
vcomp处的电压用于设置电流放大器增益和pwm斜坡。如前所述，该电压在内部缓冲，然后由edr函数和soc函数修改。
随着vcomp的变化，电流增益和pwm斜率一起调整以适应不同的系统操作条件（由交流线电压和输出负载电平设置），从而提供一个低失真、高功率因数的输入电流波形。
布局指南
与所有的pwm控制器一样，信号管脚上的滤波电容器的有效性取决于接地回路的完整性。UCC28019的引脚非常适合将电源接地上的高di/dt感应噪声与足够抗噪性所需的低电流安静信号接地分离。在印刷电路板的接地平面中，可以简单地切断器件的GND引脚的星点接地，ISENSE、VINS、VCOMP和VSENSE上的电容器（分别为C11、C12、C15、C17和C16）必须直接返回到接地平面的安静部分，由信号GND指示，而不是转换器的高电流返回路径，如电源GND所示。
