1、CBB830NPF交错并联式PFC控制板硬件详细设计说明书交错并联式PFC控制板CBB-830/NPF-2001硬件详细设计说明书文档编号: 修订历史记录版本日期说明作者V1.02012-12-24杨小村1. 说明1.1. 目的本文档为模块交错并联式PFC控制项目的硬件详细设计说明书,它在概要设计说明书的基础上,对交错并联式PFC控制板进行了实现层面上的要求和说明。1.2. 适用范围该文档为研究组的设计文档,只提供给研发部内部成员。1.3. 术语1.4. 参考资料(一) UCC28070 datasheet .PDF(二) UCC28070使用手册.PDF2. 概述模块通用交错并联式PFC控制
2、板为交错并联式Boost电路提供控制信号,使Boost输出电压稳定在400V。模块通用交错并联式PFC控制板由三大部分组成,包括输入输出电压采样,两路电流采样、两路驱动电路。2.1. PFC原理及芯片介绍 2.1.1 交错并联式PFC芯片控制原理交错并联式PFC控制器的PWM控制由德州仪器(TI)的16引脚的Interleaving CCM PFC控制芯片UCC28070实现。和传统PFC控制器不同的是,UCC28070可实现双路交错式PFC控制。其开关频率可以修改调试,由芯片外部的电阻设定。该电路中有三个控制环路,一个是电压环路,一个是A路电流环路,一个是B路电流环路。1 R1,R2(包括主
3、板上的分压电阻)构成了输出电压采样电路;2 RA,RB(还有主板上的分压电阻)构成了输入电压采样电路3 C4,C3,C15,R5构成输出电压环;4 R38,R39,R47,C34为A路电流采样信号处理电路,同时R53,D22,D21,C36,R51为A路电流的斜坡补偿电路;5 R49,R50,R48,C33为B路电流采样信号处理电路,同时D1,D2,R52,C35,R54为为B路电流的斜坡补偿电路;6 R8,C10,C11为A路的电流补偿电路;7 R7,C9,C8为B路的电流补偿电路;UCC28070可通过电流互感器进行电流采样,经采样电阻和滤波电路后得到电流采样信号输入到IC内部,并IC内部
4、电路对该信号进行下降沿拟合,使得该信号和流过PFC电感的电流拟合而进行准确控制。输出电压通过输出电压环路进行稳压控制;A路的电流采样电路,A路的电流斜坡补偿电路和A路的电流环一起构成了A路的电流整流控制电路;B路的电流采样电路,B路的电流斜坡补偿电路和B路的电流环一起构成了B路的电流整流控制电路;A路和B路的驱动和采样信号相隔180度,这样可以实现输出交错式,并在输出纹波上可以实现部分抵消和频率倍增,减小输出纹波的效果;2.1.2 PFC芯片引脚介绍UCC28070封装有TSSOP20和SOIC20两张封装供选择,目前选用的是SOIC20封装2.2. 原理框图功能说明: 直流电压采样:主要实现
5、将输出电压分压后和UCC28070内3V基准进行比较,以便稳定输出电压,同时为PFC电压环提供输出电压采样信号。 交流输入电压采样:可用于输入电压前馈和电流环控制; 电流采样:主要实现两路电感电流的采样,同时为过流保护、电流环控制提供电流信号。 PWM输出:主要实现PWM信号的输出。3. 单元设计3.1. 输出电压采样电路 功能、性能:稳定PFC的输出电压。 原理框图:(见图1) 图1 图2 根据UCC28070 datasheet可知,UCC28070内部电压环基准电压为3V,因此可求出输出电压Vout. 3.2. 输入电压采样电路 功能、性能:输入电压前馈和电流环路控制 原理框图:该部分电
6、路的原理框图间上面图2. 参数取值:该部分电路的电阻取值和输出电压采样电路电阻的取值一致。3.3. 电流采样电路 原理框图: 原理说明:PFC采样电流CSA、CSB经采样电阻采样后得到电压信号,该信号经RC滤波电路后得到干净电压信号,输入UCC28070的CSA、CSB脚。该引脚脚为过流保护、电流环控制提供电流信号。电流采样电阻的计算方法如下:3.4. PWM输入 功能、性能:输出PWM波形,为两路PFC电路的MOSFET提供驱动信号。 原理框图: 电路说明:UCC28070的驱动能力为0.25A(连续)/0.75A(脉冲),该驱动电流对于目前常用的低Rdson,高Ciss的CoolMOS的驱
7、动能力严重不足,建议采用驱动芯片或者增加图腾柱式的驱动方式,这里采用驱动芯片来增加其驱动能力。3.5. PFC接口交错并联式PFC控制板接口如下:1. CSA、CSB为输入PFC路的电流采样信号;2. +12V为UCC28070供电,同时也为板上其它处供电;3. GND-P是交错并联式PFC控制板的地,此地和PFC电路的地相接;4. VINAC 是输入交流电压采样信号端;5. VSENSE是输出直流电压采样信号端;6. DRA、DRB为PWM输出驱动信号。3.6. Layout布局注意 为了避免功率地对控制地引入干扰,在Layout时,控制地要按如下要求来做:1. CSA、CSB为电流采样信号
8、,经采样电阻后产生的电压信号易受干扰,需加强保护和屏蔽;2. PWM信号为高频脉冲信号,需要和板上的其他信号分离开来,避免产生干扰;3. 解藕电容要靠近VCC,越近越好;4. 输入输出电压检测处的电容要靠近VSENSE脚,以便减小噪音;5. 该PCB板的内层需要整板铺铜已加强屏蔽。4. 电源和接地4.1. 电源+12V电源:直流电压;输入电压: +12V5%;4.2. 接地+12V电源和PFC电路共地。5. 散热6. 安装固定6.1. 安装固定方式说明单板设计,立式插装,满足机箱设计要求。6.2. 外形尺寸长方形,高为30mm,宽为43.2mm。6.3. 固定16Pin, 2.54mm端子直接
9、焊接在主功率板上。6.4. 接插件、端子位置端子离板底高度约为2.5mm。7. 成本计算单板成本预算分为三个方面:物料成本;PCB板成本;PCB打样工程费。 元器件物料成本元器件中几款主要芯片为免费申请样片,其中包括: 交错并联PFC控制芯片UCC28070,单价约 $1.95; 驱动芯片UCC27324,单价约$0.65元主要使用的元器件为公司已有物料包括: 0603电阻电容 1206电阻电容 16Pin 2.54mm连接器 二极管LL4148元器件成本总价约为2元。 PCB板成本PCB印制四层板制作价格为每平方厘米0.2元,单板设计面积约为13平方厘米,PCB印制四层板成本约为2.6元。 PCB加工费PCB加工工程费约为1000元。因此,除去PFC打样工程费,单块交错并联式PFC控制板成本约为15.6元。8. 技术难点老产品中未经使用的技术、功能、电路等,新技术风险评估。9. 附录交错并联式PFC控制板原理图
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