UCC2851X作為控制器的PFC升壓預變換器與回掃（反激）式PWM功率級SMPS電路如圖3所示,。圖中,，UCC2851X（U₁）中的PFC控制器,、升壓電感器L₁、PFC開關（Q₁）,、升壓二極管D3和輸出電容器C₁等,，組成有源PFC升壓預變換器。R₃和R₄組成的電阻分壓器用作PFC變換器DC輸出電壓（400V）檢測,，感測信號通過U₁的腳3輸入到內部以7.5V為參考的誤差放大器,。正比于整流電壓的電流信號經電阻R₁和U₁的IAC腳（腳18）輸入到內部乘法器，以保證整流器（D₁）輸入端的AC電流跟蹤AC線路電壓瞬時變化軌跡,。電阻R2是PFC級電流感測元件,。R₂上感測的電壓信號分別經U₁腳16（ISENSE1）和腳14（PKLMT）輸入到內部電流放大器和PFC電流限制比較器，以履行PFC級PWM脈沖占空比控制和峰值電流控制,。

圖3    UCC2851X典型應用電路

    R₆和C₃是U₁啟動元件,。當U₁被啟動Q₁開始開關之后，變壓器T₁的輔助繞組,、二極管D₅和電容C₃組成的電源電路為U₁提供工作電壓（和電流）,。U₁腳2（RT）外部電阻R₂₀用作設定振蕩器頻率。

    U₁腳4外部R₁₆和R₁₉組成的電阻分壓器,，用作編程PWM最大占空比,。電阻R₅為PWM級電流感測元件。R₂上感測的電壓信號經U₁腳8（ISENSE2）輸入,，以履行峰值電流限制,。U₁腳13（SS2）外部電容C₅，用作編程PWM級柵極驅動軟啟動持續(xù)時間,。SMPS次級DC輸出到初級的反饋環(huán)路,，由電阻分壓器、作為誤差放大器使用的U₃（TL431）和光耦合器U₂組成,。U₁的腳7（VERR）接收反饋信號,，以控制PWM占空比。

3.2    主要元件參數(shù)確定的方法

3.2.1    設計程序

    設計程序參考圖3所示的應用電路,。首先選擇UCC28510系列ICs中的一種控制器,，再按以下步驟進行設計：

    1）功率級元器件；

    2）PFC級控制元件,；

    3）PWM級控制元件,。

    元件的確定必須根據(jù)給定的技術條件，具體包括系統(tǒng)輸出電壓V_OUT,、輸出功率P_OUT和AC線路電壓V_AC范圍,。其它的技術要求有效率和允許的電流諧波等。

3.2.2    確定相關參數(shù)

    1）PFC級最小占空比D_1（min)

    PFC升壓變換器在CCM下操作,，最小占空比由最低AC線路電壓V_AC(min)和PFC輸出存儲電容C₁上的電壓V_C1決定,。

    D_1(min)=1－（1）

    2）確定調節(jié)常數(shù)K_1R

    能量存儲電壓的調節(jié)常數(shù)K_1R由式（2）確定,。

    K_1R=（2）

式中：PWM導通參考是6.75V，PWM滯后為1.45V或3.2V,，V_REF=7.5V,。因此可得

    K_1R=0.29（對應UCC28510/28511/28514/28515）；

    K_1R=0.53（對應UCC28512/28513/28516/28517）,。

    3）最低能量存儲電壓V_C1(min)

    C₁上的最低能量存儲電壓V_C1(min)由K_1R和正常狀態(tài)下C₁上的電壓V_C1(nom)決定,。

    V_C1(min)=(1－K_1R)·V_C1(nom)(3)

    4）編程PWM級開關頻率f_s(PWM)

    用U₁腳RT外部電阻R₂₀設定f_s(PWM)

    R₂₀=（4）

    推薦R₂₀=45～500kΩ。

3.2.3    元器件的確定

    1）功率級元器件

    在圖3所示的電路中,，功率級元器件包括C₁～C₃,、D₁～D₅、L₁,、R₁,、Q₁、Q₂和T₁,。因篇幅所限,，PWM功率級元器件Q₂、D₄,、D₅,、C₂和變壓器T₁不在此討論。在PFC級元器件C₁,、C₃,、D₁～D₃和Q₁中，除C₁因PFC/PWM同步化要求需要討論外,，其它元器件選擇方法在固定頻率PFC設計中都有介紹,，故也不再涉及。

    （1）升壓電感器L₁

    PFC升壓電感器L₁可利用式（5）計算,。

    L₁=（5）

式中：T_S(PFC)為開關周期；

      P_IN為輸入功率,；

      K_RF=Δi_L1(p-p)/i_L1(max)=0.2～0.3,，為紋波因數(shù)。

    （2）電流傳感電阻R₂和PFC峰值電流限制編程電阻R₁₇與R14PFC級電流感測電阻R₂可由式（6）確定,。

    R₂=（6）

    在式（6）中,，R₂操作動態(tài)范圍V_DYNAMIC圍繞1V，i_L1(max)=P_IN/V_AC(min),。

    UCC2851X腳PKLMT外部電阻分壓器R₇與R₁₄用作編程過電流門限電壓,。R₁₄可圍繞10kΩ選擇，R₇與R₁₄之間關系如下,。

    =（7）

    （3）電容器C₁

    PFC升壓變換器輸出電容器C₁的選擇必須保證要求的支持（hold-up）時間t_HU,，其容值由式（8）確定,。

    C₁=（8）

    C₁還必須能經受住有效值紋波電流I_C1(rms)。

    I_C1(rms)取決于開關Q₂的電流I_Q2,、占空比D_2(nom),、V_C1(nom)和V_AC(min)。

    <（9）

    I_C1(rms)與I_Q2之比率可以從UCC2851X的相關曲線上查出,。

    （4）PWM級電流感測電阻R₅

    UCC2851X腳8內部峰值電流限制比較器的輸入門限電壓V_TH為1.3V,，R₅可按式（10）計算。

    R₅=V_TH(1.3V)/i_Q2(peak)（10）

    2）PFC級控制元件

    （1）乘法器動態(tài)范圍設定

    乘法器動態(tài)范圍依賴于PFC/PWM組合控制器IAC,、VAOUT和VFF腳上的電流或電壓,。這幾個參數(shù)的限制條件如下：

    0≤i_IAC(t)≤500μA（11）

    0≤V_VOUT(t)≤5V

    1.4V≤V_VFF≤V_REF－1.4V

    相關元件的選擇如表2所列。

表2    乘法器相關元件計算公式

    （2）PFC電流環(huán)路控制元件

    在U₁的電流放大器輸出（腳15）與電流放大器反相輸入端（腳17）之間,，在外部連接由C₇和C₆,、R₁₃組成的補償網(wǎng)絡。R₁₃用作設定在交叉頻率f_CO(PFC)上補償器增益,，選擇C₆在交叉頻率上設置一個零點,，C₇用作在開關頻率 f_S(PWM)的1/2處提供一個極點。這三個元件的計算公式如表3所列,。

表3    PFC電流環(huán)路控制元件計算公式

    3）PWM級控制元件

    U₁腳4外部電阻R₁₆和R₁₉,，用作設定最大占空比D_PWM(max)，以防止變壓器飽和,。R₁₆與R₁₉之比由式（12）確定,。

    =－1（12）

    當腳4上電壓為V_DX時，最大占空比D_PWM(max)可由式（13）計算,。

    D_PWM(max)=(0.26－4.4×10^－8f_s)V_DX＋6.9×10^－8f_s－0.31（13）

    當V_DX=4.15V時,，D_PWM(max)=（75±5）％。它比PFC級最大占空比D_PFC(max)〔95±5）％〕小一些,。

    4）元器件選擇舉例

    對于圖3所示的應用電路,，若AC輸入范圍為85～265V，PFC級電路DC輸出電壓是400V,，輸出功率為100W,，U₁選用UCC28517（f_PFC=1/2f_PWM），V_CC腳電源12V,，PFC級和變壓器初級PWM級電路主要元器件的選擇如下：

    （1）功率器件和磁性元件

    Q₁和Q₂選用IRFP450型MOSFET,，D₁選用PB66全橋整流器，D₂選用G1756二極管,，D₃選用HFA08TB60快速恢復二極管,。升壓電感器L₁電感值為1.7mH，變壓器T₁選用PB2039。

    （2）阻容元件

    主要阻容元件數(shù)值如表4所列,。

表4    阻容元件的選擇