CBB830NPF交错并联式PFC控制板硬件详细设计说明书.docx

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