UCC28019A LED照明负载动态性能优化解决方案

　　用于高功率PWM调光LED街道照明的90Vac到305Vac宽输入范围应用越来越多，而UCC28019A控制器非常适合于这种应用。但是，输出负载PWM调光带来的PFC电感噪声问题，可能是主要问题。本文中，我们将基于小信号模型分析这种现象的根本原因，并提出解决方案。为了验证这种建议解决方案的有效性，我们使用UCC28019A平均模型并利用实验来进行检验。经证明，实验结果与分析结果和仿真结果非常吻合。

　　引言

　　CCM工作的平均电流控制是最为典型的一种控制方案，其广泛用于高功率APFC转换器，例如：基于UC3854的转换器等。相比峰值电流控制，它拥有许多优势，例如：无需外部补偿斜率、更高的检查电流信号噪声抑制度以及更低的输入电流THD。但是，在芯片内部使用乘法器的传统CCM控制方案，让外部电流设计变得复杂。最近，使用1-D控制模型的新型CCM(一种8引脚解决方案)，例如：TI UCC28019A控制器等，成为广大工程师们的首选。

　　UCC28019A控制器利用开关式转换器的脉冲和非线性特点，实现对整流电压或者电流平均值的即时控制。设计这种控制方案的目的是，提供比其它PFC控制器更快的动态负载响应和更好的输入扰动抑制。

　　在实际工程中，大多数工程师都对宽输入范围UCC28019A控制器的高PF值以及无输出过冲导通升压的优异性能印象深刻。这个优点让UCC28019A比传统BCM PFC控制器更加适合于这种应用。特别是在高功率PWM调光LED街道照明的90到300Vac宽输入范围应用越来越多的情况下，尤其如此。但是，当使用动态响应时，其独特的环路特性会引起可见噪声问题。

　　鉴于上述问题，本文的目标是为你介绍一种能够改善这种动态性能的合适解决方案。首先，第2小节详细介绍了这个问题。为了研究清楚其原因，第3小节对电流环路小信号进行了分析，基于此，详细说明了其根本原因，并提出一种正确的解决方案。为了对这种解决方案进行完整的验证，我们还使用相应的UCC28019A平均模型，在第4小节对实验测试和结果进行验证。最后，结合实际工程应用，文章概括了这种解决方案的一些设计技巧。

　　UCC28019A负载动态可见噪声描述

　　下列两种情况可能会出现动态噪声问题：

　　1、未对环路进行优化时负载上升情况(参见图1)，这时PFC峰值电感电流即刻增加，从而导致铁氧体感应器饱和。

　　基于UCC28019A工作原理的根本原因分析

　　小信号建模是研究转换器控制环路稳定性的最实用方法。本小节重点讨论UCC28019A内部电流环路的主小信号传递函数，因为电压环路电压扰动下的电感电流响应是我们的主要研究目标。

　　1、根据UCC28019A负载上升期间Vcomp变化对PFC电感电流噪声进行分析

　　就传统PFC转换器而言，实现功率校正的关键是让输入电流追踪输入电压。[1]文件详细说明了1-D控制电路实现。为了研究其小信号特性，本小节中，我们只介绍小信号传递函数的实现。实际上，在UCC28019A内部，还有2个环路：电流环路和电压环路。

　　3、UCC28019A控制器降压期间PFC电感电流噪声分析

　　在大多数情况下，PFC负载下降过程中可能会出现PFC电感噪声。实验表明，当输出OVP被触发时出现这种电感噪声。另外，如果OVP保持被触发状态则这种噪声可能会存在相当长一段时间，特别是当负载被切换至轻负载模式时。因此，噪声会与输出OVP保护模式紧密相关。

　　产品说明书称，UCC28019A拥有非常简单的OVP保护模式—如果OVP保护被触发，则其直接关闭驱动器。但在实际实验中，我们发现，驱动器在这种状态下出现异常，并且电感电流也有一些异常高峰值电击。

　　许多实验表明，Vcomp随这种过程非常缓慢地下降。如果缩短该降压时间，则噪声减少。因此，一种好的解决方案是，当OVP被触发时，使用一些外部方法来对补偿电容器快速放电。一旦Vcomp电压下降，输出也脱离OVP电平，并且不再存在噪声问题。

　　4、UCC28019A负载下降期间PFC电感电流噪声解决方案

　　正如3小节所分析的那样，有一种方法可以快速地降低Vcomp电压。在一些情况下，这不会存在严重的问题，因为我们选择了小值补偿电容器，噪声不那么明显。但在大多数情况下，当PCB布局不理想且没有达到更高PF值时，电压补偿环路便没有优化的余地，但负责下降噪声却仍然很明显;在这种情况下，要求使用外部电路来解决这个问题。

　　建议解决方案如下：

　　为了易于理解，我们使用标准OP和TL431或者TL103，实现电路如图7所示。

　　结论

　　本文基于初始UCC28019A应用，详细说明了输出负载上升与下降期间噪声问题的根本原因。对于PWM调光LED街道照明应用来说，这是一个急需解决的问题。我们为你提出了相应的解决方案，并通过理论分析和仿真以及实验测量，对其有效性进行了验证。结果表明，它们非常符合要求。

　　总之，我们通过建议TL103外部电路，可以对电压环路参数进行优化以避免负载上升噪声，同时还可以避免负载下降噪声。注意，TL103的另一部分可在实际工程中用于高温保护，其意味着这种建议外部电路具有极大的使用价值。