用平均电流控制法设计UC3854电路

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：UC3854是美国尤尼创公司生产的单片集成电路，采用固定频率平均电流法APFC控制器，电感电流工作于连续工作模式。UC3854的工作温度是0～75℃，环境温度一般设定为30℃。图4-15是UC3854在250W升压式APFC调整器中的应用电路原理图。14脚的CT和12脚上的RT决定UC3854的PWM的振荡频率。采用UC3854设计的升压式APFC调整器具有的功能较多，保护性能完善，适合在200W以上的开关电源中作APFC电流平均法升压式变换电路。

UC3854是美国尤尼创公司生产的单片集成电路，采用固定频率平均电流法APFC控制器，电感电流工作于连续工作模式。UC3854的工作温度是0～75℃，环境温度一般设定为30℃。

UC3854内部包括电流放大器、高频振荡器、模拟乘法器/除法器、电压放大器、过电流比较器、逻辑电路、低压电压检测器、7.5V的电压基准源、MOSFET栅极驱动器、负载赋能比较器和总线预测试器以及整形电路等。

UC3854的电源电压的开通门限为16V±1.5V，关断门限为10V±2V；导通时的电源电流为10mA，关断时的电源电流为1.5mA。图4-15是UC3854在250W升压式APFC调整器中的应用电路原理图。

图4-15 UC3854在250W升压式APFC调整器中的应用电路原理图

85～265V交流输入电压变换为375V直流输出电压，工作频率是100kHz，系统功率因数λ≥0.99，输入电源电流总谐波畸变THD<2.5%。当控制电路接通电源后，交流输入电压经桥式整流后输出100Hz的直流脉动电压，此电压由电阻R₆分压、VS₁稳压后对C₆充电。当C₆上的电压充到IC₁（UC3854）的开通门限电压值后，IC₁则被启动，升压变换电路一次绕组N_P便产生感应电压并耦合给变压器的二次绕组N_S，也使得二次侧产生高频感应电压，经桥式整流器整流以及电容C₆、C₇滤波后，将得到的直流电压加到IC₁的15脚，作为IC₁的工作电压（V_CC）。此电路在稳定的条件下，V_CC不能低于17V，I_CC大于20mA。

输出占空比受到IC₁的12脚、6脚、8脚和4脚/5脚4个输入信号的控制，从16脚输出PWM触发脉冲，以驱动外接的功率开关管MOSFET。

APFC升压变换电路输出的直流电压经电阻R₁₅、R₁₆分压后，取样电压进入IC₁的11脚，然后输送到IC₁内部的电压放大器上。IC₁的11脚与电压放大器输出端（7脚）之间外接反馈电容C₈，C₈的作用是抑制直流高压里的100Hz纹波。11脚的门限电压是7.5V，输入偏置电流是0.5mA。为了使输出电压的偏移量最小，一般的办法使电压放大器在不变的低频频带下运行。

由图4-15可知，桥式整流后的脉动电压经分压送到IC₁的6脚，输入到内部的乘法器中，并与电压放大器的输出信号相乘，然后产生一个电流控制参考信号，这就是为输入电源的电流波形跟随交流输入电压而变化的控制信号。6脚电路上的输入电平由电阻R₃、R₄分压决定，一般设定在6V。从原理上讲，输送到6脚的是电流信号而不是电压信号，一定要将电流信号转换为电压信号。流入6脚的电流在0～400μA的峰值之间变化，因此可以确定电阻R₃、R₄的阻值大小为

R₄按R₃阻值的1/4选取，可选用230kΩ电阻。

以UC3854为代表的APFC升压调整器的一个重要特点就是交流输入电压的范围可以从美国的85V低电压变化到欧洲的260V高电压，可以说这个供电范围能满足全球各国电源供电要求。在输出功率保持不变时，利用前置馈线电路的调整技术，可在交流输入电压大幅度变化的情况下，保持输出功率不变。为什么？经过全桥整流的脉动电压平均值和有效值电压加到IC₁的8脚，被IC₁内部功能二次方后，在乘法器上作为除数，所以使升压调整器的输出功率保持不变。

电流传感电阻R_S两端的电压加到IC₁的4脚和5脚之间，用来检测变换电路输出的大小，促使控制器进行正确控制。另外，IC₁中的电流放大器具有比较大的低频放大增益，能使交流输入电流紧跟交流输入电压正弦波的变化。电流放大器在500Hz上有个零点，也就是说，电流输入在500Hz的位置上没有增益，低于或高于这个频率时有18dB的电流放大增益。IC₁的5脚是乘法器的电流输出端，其输出电流随6脚的输入电流和7脚的输入电压的变化而变化，也随8脚输入电压的二次方的增大而减小。14脚的C_T和12脚上的R_T决定UC3854的PWM的振荡频率。设定振荡器的工作频率为100kHz，若取R_T=15kΩ，乘法器输出的最大电流则为

从乘法器的5脚流到传感电阻R_S的最大电流为

从图4-16内部结构框图来看IC₁的9脚的电源电压接通后必须达到2.5V，片内的驱动脉冲由16脚输出，送到开关功率管VT₁进行功率放大。一旦调整器出现故障，片内的频率振荡器就立即停振，关闭MOSFET的栅极驱动信号，实施异常保护。电容C₁₁向IC_l的9脚能提供软启动延时时间，防止启动时大电流的冲击。15脚除了向IC₁提供工作电压之外，还起着输入电源电压的欠电压保护功能。10脚可以不用，若在10脚与15脚之间串接一只100kΩ的限流电阻，将起到过电压保护作用。

如果IC₁的V_CC供电电压太低或由于其他某些原因而影响IC₁的正常工作，13脚将维持“地”电位。当IC₁里的V_CC正常后，13脚将被内部的14μA电流充电到8V以上。如果该脚电压低于7.5V的基准电压，则电压放大器有7.5V参考电压输入。在出现故障的情况下，电容C₄将迅速放电，将电压放大器输入的7.5V基准电压快速降下来，使PWM驱动输出关闭，起着变换电路保护作用。图中2脚用于限制峰值电流，它的门限电压为5V，电流传感电阻两端的压降为

流过电流传感电阻的最大电流I_S（max）为

开关功率管MOSFET在导通期间，只有流过电流传感电阻R_S的电流达到6A时，IC₁的2脚门限电压将达到5V。在2脚到地之间连接一只470pF的电容C₁₀，它的作用是滤除高频信号噪声。

采用UC3854设计的升压式APFC调整器具有的功能较多，保护性能完善，适合在200W以上的开关电源中作APFC电流平均法升压式变换电路。原理图上似乎电路结构比较复杂，但实际上所需要的元器件并不是很多，成本也并不高，是目前比较理想的选择。

用平均电流控制法设计UC3854电路

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