UCC28019A LED照明應用負載動態性能優化解決方案

摘要

用于高功率PWM調光LED街道照明的90Vac到305Vac寬輸入范圍應用越來越多，而UCC28019A控制器非常適合于這種應用。但是，輸出負載PWM調光帶來的PFC電感噪聲問題，可能是主要問題。本文中，我們將基于小信號模型分析這種現象的根本原因，并提出解決方案。為了驗證這種建議解決方案的有效性，我們使用UCC28019A平均模型并利用實驗來進行檢驗。經證明，實驗結果與分析結果和仿真結果非常吻合。

1、引言

CCM工作的平均電流控制是最為典型的一種控制方案，其廣泛用于高功率APFC轉換器，例如：基于UC3854的轉換器等。相比峰值電流控制，它擁有許多優勢，例如：無需外部補償斜率、更高的檢查電流信號噪聲抑制度以及更低的輸入電流THD。但是，在芯片內部使用乘法器的傳統CCM控制方案，讓外部電流設計變得復雜。最近，使用1-D控制模型的新型CCM(一種8引腳解決方案)，例如：TI UCC28019A控制器等，成為廣大工程師們的首選。

UCC28019A控制器利用開關式轉換器的脈沖和非線性特點，實現對整流電壓或者電流平均值的即時控制。設計這種控制方案的目的是，提供比其它PFC控制器更快的動態負載響應和更好的輸入擾動抑制。

在實際工程中，大多數工程師都對寬輸入范圍UCC28019A控制器的高PF值以及無輸出過沖導通升壓的優異性能印象深刻。這個優點讓UCC28019A比傳統BCM PFC控制器更加適合于這種應用。特別是在高功率PWM調光LED街道照明的90到300Vac寬輸入范圍應用越來越多的情況下，尤其如此。但是，當使用動態響應時，其獨特的環路特性會引起可見噪聲問題。

鑒于上述問題，本文的目標是為你介紹一種能夠改善這種動態性能的合適解決方案。首先，第2小節詳細介紹了這個問題。為了研究清楚其原因，第3小節對電流環路小信號進行了分析;基于此，詳細說明了其根本原因，并提出一種正確的解決方案。為了對這種解決方案進行完整的驗證，我們還使用相應的UCC28019A平均模型，在第4小節對實驗測試和結果進行驗證。最后，結合實際工程應用，文章概括了這種解決方案的一些設計技巧。

2、UCC28019A負載動態可見噪聲描述

下列兩種情況可能會出現動態噪聲問題：

未對環路進行優化時負載上升情況(參見圖1)，這時PFC峰值電感電流即刻增加，從而導致鐵氧體感應器飽和。

圖1 使PFC電感飽和的負載上升情況

圖2顯示了OVP運行期間未控制環路時的負載下降工作情況。在這一過程中，無規律頻率引起PFC高峰值電感電流，從而導致可見噪聲。

圖2導致PFC電感飽和的負載下降

關于LED—就戶外應用而言，這種現象受到抑制，原因是后期PWM負載調光要求。

3、基于UCC28019A工作原理的根本原因分析

小信號建模是研究轉換器控制環路穩定性的最實用方法。本小節重點討論UCC28019A內部電流環路的主小信號傳遞函數，因為電壓環路電壓擾動下的電感電流響應是我們的主要研究目標。

3.1 根據UCC28019A負載上升期間Vcomp變化對PFC電感電流噪聲進行分析

就傳統PFC轉換器而言，實現功率校正的關鍵是讓輸入電流追蹤輸入電壓。[1]文件詳細說明了1-D控制電路實現。為了研究其小信號特性，本小節中，我們只介紹小信號傳遞函數的實現。實際上，在UCC28019A內部，還有2個環路：電流環路和電壓環路。

對APFC轉換器的1-D控制方案深入研究后發現，1-D功能等效電路可移至電流環路的控制模塊。請參見[2]的內部功能模塊。圖3顯示了在UCC28019A內部使用1-D控制方案的補償電流環路：

圖3基于Cc的電流補償環路

( 為對PFC、Icomp和1-D電流檢測電阻器電壓產生擾動的小信號;m1和m2為非線性增益，k1為內部控制器常量，Cc為補償電容器，Ts為開關時間)。

補償電流環路的傳遞函數 推導如下：

至于功率因數校正，主要問題是追蹤輸入電壓的輸入電流的工作原理。我們知道，在90到120Hz低頻范圍，輸入電流始終追蹤輸入電壓;因此，電流環路是唯一的低頻特性問題。與UC3854一樣，UCC28019A的功率因數原則也結合了電流環路的低頻特性。由方程式(1)，我們可以看到，穩定工作狀態下 的低頻增益為：

另外，在低頻下：

在低頻下，組合方程式(2)和(3)，結果為：

參見升壓轉換器原則：

最后，追蹤輸入電壓的輸入電流公式推導如下：

它表明達到了PF。由前面公式，基于方程式(1)的標準公式為：

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