内容发布更新时间 : 2024/12/24 0:23:47星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
4 基于UC3854控制电路的设计
4.1 UC3854控制器概述
UC3854是一种高功率因数校正的集成控制电路芯片，它能依靠电压电流双环反馈来使输入电流波形正弦化。该器件能最大程度地利用供电电流使输入电流失真度降到最低，可执行所有PFC的功能
4.2 UC3854控制器的内部结构和功能特点
4.2.1 UC3854控制器的内部结构 UC3854的主要构成： (1) 电压误差放大器VA (2) 模拟乘法器M (3) 电流误差放大器CA (4) 固频脉宽调制器 (5) RS触发器
(6) 7.5V参考电压
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(7) MOS管栅极驱动器
图4-1 UC3854内部结构框图
4.2.2 UC3854控制器的功能特点
UC3854适用于升压型功率因数校正电路的CCM工作模式，它是采用恒频控制的平均电流控制方式， 95%的最大占空比，单信号输出，软启动，有输入电源欠压保护和输出过载保护功能。它的控制PF能达到0.99，THD<5%，适用于全球电网电压（80~270V），有高精度基准电压和精度的参考电压。其各引脚功能如表4-1所示。 引脚号 引脚符号 引脚功能 1 GND 接地端：电压测量均以该脚为基准。 峰值限流端：该脚门限电流为0V，电流感测电阻负端与其相连。 电流放大器输出端：该脚检测并放大输入电流，向PWM控制器发送校正信号。 电流放大器反相输入端：用于输入电流信号取样，其信号为负，引脚电压不低于-0.5V。 2 PKLMT 3 CA out Isense 4 18
5 Mult out IAC VA out VRMS VREF ENA Vsense Rset SS CT Vcc GTDRV 乘法输出端与电流放大器的同相输入端 乘法器的AC电流输入端：作用为检测整流输入电压。 电压放大器输出端：该脚可调节输出电压。 有效值电压输入端：整流输入电压由电阻分压后加到该脚，一般为1.5V至3.5V之间。 参考电压输出端(7.5V)：可为外部电路提供10mA的电流。该脚与地间接一个0.1uF的电容。 使能比较器输入端：通常接一个+5V电压。 电压放大器的反相输入端：主电路的输出电压经分压后加至该脚，该脚与电压放大器输出端还需添加RC补偿网络。 该脚到地接一个电阻用作振荡器充电电流和乘法器最大输出电流接入。 软启动端：与电压误差放大器同相端相连。 振荡器定时电容接入端：可据此设定振荡器频率fosc。 正极性电压源：该脚单通门限为16V，为吸收MOS管栅极电容充电时产生的尖峰电流，该脚到地需接一个旁路电容。 栅极驱动电压输出端：该脚用来输出电压来驱动MOS管。设计时一般在该脚至栅极间串入个大于5kΩ的电阻，以免输出电流过载。 表4-1 UC3854引脚功能介绍 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4.3 UC3854控制电路各参数设计
4.3.1 电流感测电阻的选择
电感电流检测有两种方式。一种是在变换器到地之间接一个检测电阻Rs，另一种是
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使用电流互感器。本例选择前一种方式。
该检测电阻的要求为两端产生的电压信号够小但不能产生过大能量损耗，又得够大以防止噪声干扰，因此1V压降是个不错的选择。考虑到最大峰值电流（算上纹波）为
Ipeak max=Ipeak+?I=4.42+0.9=5.32A （4-1） 这里选取0.25Ω，最坏情况下也只能产生1.4V左右的压降。 4.3.2 峰值电流限制
当电感电流的瞬时值电流超过峰值电流的最大限制值时，引脚2被拉至负电位，使开关管截止。该限制值由参考电压到电流感测电阻间的分压电阻选取所决定。分压电阻Rpk1的值一般取10kΩ，该款芯片的Vref为7.5V。分压电阻Rpk2计算公式为：
Rpk2=
VRSRpk1VREF
=
1.4×107.5
≈1.87kΩ （4-2）
式中， VRS是感应电阻 Rs两端电压。流经Rpk2的电流大约为1mA ，峰值电流限值为5.6A，Rpk2取1.8 kΩ。另外此电路可加个小电容 Cpk来抗噪声。 4.3.3 前馈电压信号
平方器工作的电压区域为1.4至1.5V间,VFF是其输入电压。前馈电压VFF由于内部
的钳位作用被限制在4.5V。输入电压的分压电路有3个电阻RFF1、RFF2 、RFF3 和两个电容 CFF1、 CFF2构成,它们将作为两个输出滤波器。这些电阻和电容形成一个二阶低通滤波器，使得其直流输出是和半波输入电压的平均值成正比的。平均值是有效值的90%，如电网的有效值为220V，它的峰值为311V,平均值为198V。
VFF分压器需满足两个直流条件。在高输入线路电压下，VFF须小于4.5V，否则VFF将被钳制而使前馈失去了它的作用。在低输入线路电压时，VFF须等于1.414V，这就得靠分压电阻实现,如果小于这个值，内部限流器将使乘法器输出保持恒定。
本设计中，分压电阻RFF1为910kΩ，RFF2为91 kΩ，RFF3为20 kΩ。当为最大电网电压270V 时，直流均值是243V，此时VFF的最大值为4.76V；当为最小电网电压80V时，直流均值为72V，此时VFF为1.41V。 4.3.4 乘法器的设定
乘法器是APFC校正电路的核心器件。其输出直接与电流环路挂钩,进而能控制输入电流的波形状况,从而来使功率因数得到提升。
乘法器的设计顺序与一般电路设计的由输出再决定输入条件不同，它是必须由输入端开始设计。它同时具有三个输入信号：控制电流IAC（引脚6）、前馈电压有效值VFF（引脚8）、电压放大器输出电压VVEA（引脚7）。电流Imo（引脚5）作为乘法器的输出电流：
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Imo=
KmIAC(VVEA?1)
V2FF
（4-3）
式中，Km=1，IAC是整流电压的控制电流，VVEA是电压放大器输出信号，VFF为前馈电压。
4.3.5 乘法器的输入电流
乘法器的工作电流来自通过RVAC的输入电压，乘法器在相对高电流下的线性度较好，但是推荐的最大电流为0.6mA。当处于电网最高电压270V时对应的峰值电压为382V,IC引脚6电压是6V，设置为620kΩ的RVAC能通过最大电流值为0.6mA。由于引脚6的电压是6.0V,当输入电压VIN为0时，需要在添加一个偏置电流,即在参考电压VREF和脚6之间间接1个电阻Rb1，这样能使得IAC就提供较小偏置电流，Rb1=RVAC?4，取150 kΩ。 4.3.6 乘法器的输出电流
Imo=
KmIAC(VVEA?1)
V2FF
（4-4）
乘法器的最大输出电流Imo发生在电网最低电压（80V）的波峰处。而此时整流电压控制电流为：
IAC=
√2VIN min
RVAC
√2×80620k
==182μA （4-5）
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上式中，VVEA为5V,VFF为2，则Imo最大值为365uA。Imo小于两倍的IAC。
电流Iset为乘法器的输出电流提高了另一个限制点。Imo小于3.75?RSET，对本例而言，最大值 RSET=10.27kΩ，取10kΩ。
乘法器输出电流Imo必须与一个和电感电流成正比的电流进行加成，才可以构成一个电流反馈环。该功能的实现将由串接在乘法器输出端与电流感测电阻间的Rmo完成，而乘法端器输出端将成为该加成的求和节点。
ImoRmo=iLRS （4-6）
上式为Rmo的约束方程。感测电阻Rs为0.25Ω,电感电流峰值限制在5.6A，那么根据关系可得Rs两端的峰值电压为1.4V。另外乘法器的最大输出电流为365μA，因此求和电阻Rmo为3.84kΩ，取3.9kΩ。 4.3.7 振荡器的频率
定时电容CT及电阻RSET的大小决定了振荡器的频率。电容计算公式为： CT=R
1.25
SETfs
（4-7）
式中，开关频率fs为100kHz，RSET是10kΩ，所以CT为1.25nF。
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