參賽類型：開關電源
摘要：
傳統的AC／DC變換采用二極管全橋整流，輸出端直接接大容量電容濾波器，造成交流電源輸入電流中含有大量諧波。諧波電流對電網有嚴重的危害，不僅會使電網電壓發生畸變，也會浪費大量的電能。隨著電源綠色化概念的提出，功率因數校正得到了廣泛應用。所謂功率因數校正，就是指從電路上采取措施，使交流電源輸入電流實現正弦化，并與輸入電壓保持同相。
該系統采用TI公司專用APFC整流控制芯片UCC28019作為控制核心，構成電壓外環和電流內環的雙閉環控制，構建了功率因數校正（APFC）高功率因數整流電源。其中，電流內環作用是使網側交流輸入電流跟蹤電網電壓的波形和相位；電壓外環為輸出電壓控制環，外環電壓調節器的輸出控制內環電流調節器的增益，使輸出直流電壓穩定。系統采用MSP430F149單片機進行監控，完成輸出電壓的可調及相關測量參數顯示功能，以及其它外圍器件實現系統功率因數、輸出電壓、電流的實時測量、人機交互、輸出過流保護等功能。
關鍵詞：APFC,UCC28019,過流保護,功率因數,綠色電源
Abstract:
Traditional AC / DC full-bridge rectifier diode transform the output bulk capacitor filter directly connected, causing the AC input current contains a large number of harmonics. Harmonic current of the power of serious harm, not only the power grid voltage distortion will also waste a lot of power。 With the introduction of the concept of green power, power factor correction has been widely used. The so-called power factor correction, is that from the circuit to take measures to achieve sinusoidal AC input current technology, and with the input voltage to maintain the same phase。
Our work is a high power fator commutated power with function of Active Power Factor Correction。 The special APFC commutated control PFC chip UCC28019 is the core of this system，and the regulation is accomplished loops: The inner current loop shapes the AC input current to match waveform phase of the sinusoidal AC input voltage；The outer voltage loop regulates the output DC voltage which determines the internal gain parameters for maintaining a steady steady-state output DC voltage。The MCU MSP430F149 is designed to realize adjustable output voltage and show the sensed param parameters。eters Our system also has functions unctions Over Over-current Protection, Human Human-computer Interaction,the real time sense of output voltage、current and the power factor by using A MSP430F149 and its external MSP430F149 components。
Keyword：PFC，UCC28019，Over-currentProtection,Power Factor,Green Power
1.方案設計
1.1 總體方案設計
根據題目要求，隔離變壓器輸出工頻電壓有效值為18±3V，經橋式整流濾波后得到直流電壓約為18～26V，要求輸出電壓范圍在26～40V之間穩定可調，主電路采用BOOST電路，校正控制部分采用PFC芯片UCC28019由此可得，低壓工頻電先經過一個EMI網絡,再進行全橋整流,通過有源功率因數校正器,使得功率因數得校正，輸出電壓得到穩定。單片機采樣系統輸入電流、電壓，實現功率因數的檢測；通過霍爾和電阻采樣網絡分別采集輸出電流信號和電壓信號送到單片機，實現輸出電流、電壓的檢測。本系統要求設計為輸出電壓可調，并由十字型鍵盤設定輸出值，然后通過改變電壓環反饋的指令電平來改變輸出直流電壓。本系統中采用DA給定指令電平來控制輸出直流電壓。在系統調試過程中發現此方案完全可靠，并且穩定精確，完全可以實現電壓的穩定可調輸出。單片機在檢測到輸出電流超過2.5A時，發出指令電平對UCC28019進封鎖并通過繼電器斷開主電路，當電路重新啟動后檢測到輸出電流正常時，電路恢復完成過流保護。液晶用來顯示被檢測量的值和一些關鍵參數，輔助系統調試。
1.2 TI芯片的選擇
1.2.1 APFC主控芯片的選擇
鑒于設計要求，為了有效的減小高次諧波，提高系統的功率因數，本設計采用TI公司新開發的專用APFC芯片UCC28019，UCC28019是美國TI公司最新的有源功率因數校正（PFC）芯片。該芯片采用平均電流模式對功率因數進行校正，適用于寬范圍通用交流輸入，輸出為100W至2kW的功率因數變換器。該芯片的開關頻率固定（65kHz），具有峰值電流限制、軟過流保護、開環檢測、輸入掉電保護、輸出過壓／欠壓保護等眾多系統保護功能。
1） UCC28019的引腳功能
UCC28019的引腳排列如圖l所示。
各引腳功能為：
GND腳——地；
ICOMP腳——電流環路補償，跨導電流放大器的輸出端；
ISENSE腳——電感電流檢測；
VINS腳——交流輸入電壓檢測；
VCOMP腳——電壓環路補償，跨導電壓誤差放大器的輸出端；
VSENSE腳——輸出電壓檢測；
VCC腳——電源輸入端；
GATE腳——柵極驅動輸出端；
2）UCC28019內部結構和保護功能
UCC28019內部結構圖如圖2所示：
(1)軟啟動(ss)
(2)VCC腳欠壓鎖定(UVLO)
(3)輸入掉電保護(IBOP)
(4)輸出過壓保護(ovP)／輸出欠壓保護(uw )
(5)開環保護／待機模式(OLP／Standby)
(6)過流保護
3）UCC28019的工作原理
圖3所示的電路方框圖簡單地描述了采用UCC28019作為控制芯片的有源功率因數校正的工作原理。柵極驅動信號有電流放大器的輸出信號和電壓誤差放大器的輸出信號經脈沖寬度比較器調制而成。當系統處于穩態時，有：
即
式中：
為電流放大器的增益；
為PWM波的斜坡坡度；
為電感電流檢測電阻；
為電感平均電流；
為升壓變換器的電壓轉換比；
、
由電壓誤差放大器和芯片內部參考電壓的差值決定，均可以控制輸入電流的幅值，且二者的乘積滿足一定關系。當系統處于準穩態時，輸出電壓為定值，
、
也為定值，故有控制環路強迫電感電流隨輸入電壓波形以保持升壓調節。又因為 為正弦波，因此，電感平均電流同樣為正弦波。
1.2.2 TLC372的選擇
鑒于題目要求及本電路的特點，為了計算方便，測量功率因數可以通過測量輸入電流和輸入電壓的相位差（設為i），再取cosi，即為功率因數。輸入電流、電壓信號經波形轉換器得到方波信號，單片機可以通過檢測兩方波信號的上升沿的時間差，從而得到輸入電流和輸入電壓的相位差j。本設計中比較器采用TI 公司生產的TLC372作為波形轉換器的核心.TLC372工作電壓范圍廣，功耗低，高輸入阻抗，響應速度快，驅能力強。在實際應用中，該芯片完全滿足題目要求，我們真正體會到了它優良的性能。
1.3控制方案分析及實現方案
主電路的輸出直流電壓信號Vo和基準電壓Vr比較后，送入電壓誤差放大器VEA，得到VCOMP引腳電壓該電壓決定了GMI網絡的增益和PWM比較器的參考三角波的斜率。輸入電流經采樣電阻轉化為電壓信號，電壓信號經放大器放大送入GMI網絡以實現輸入平均電流的采樣，得到的信號與三角波進行比較得到特定占空比的PWM波。特定占空比的PWM波保持輸出電壓穩定。
UCC28019的控制框圖如圖1：
