高性能PFC与PWM组合控制器TDA16888及其应用

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山东省临沂市电子工业局毛兴武
山东省临沂市银河电子研究应用中心周建军
北京9711信箱602分箱祝大卫

摘要：TDA16888是为新一代带通用线路输入和功率因数校正（PFC）的离线开关型电源（SMPS）而设计的。本文介绍了TDA16888的功能及其应用。

关键词：PFCTDA16888

　　一、引言   

     开关电源（SMPS）、荧光灯交流电子镇流器和变频调速器这类电力电子装置，采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生严重的波形畸变。早在80年代初，人们已对这类装置产生的高次谐波电流所造成的危害引起了关注。1982年，国际电工委员会制订了IEC55－2限制高次谐波的规范（后来的修订规范是IEC1000－3－2），促使众多的电力电子技术工作者开始了对谐波滤波和功率因数校正（PFC）技术的研究。

    微电子技术日新月异地飞速发展，有源功率因数控制器IC应运而生。自80年代中期开始，西门子等公司推出了TDA4814/TDA4815/TDA4816/TDA4817/TDA4818/TDA4819/TDA4862等系列PFC控制器单片IC，其中TDA4814/TDA4816/TDA4817/TDA4862适合于在电子镇流器升压式PFC预调整器中用作控制器，而TDA4815/TDA4818/TDA4819则适用于SMPS的谐波滤波及功率因数校正。进入90年代后，有源PFC控制器单片IC迅速发展，品种规格已达近百个，有源PFC升压变换器的输出功率可达4.5kW。为降低SMPS的成本，使其线路进一步简化，90年代中期，PFC与PWM二合一单片IC开始崭露头角。其代表性产品有线性技术（LT）公司的LT1508/LT1509和微线性（ML）公司的ML4819/ML4821/ML     4824/ML4826/ML4801/ML4803等。其中，ML4803采用8脚封装，是1999年1月公布的新产品。本文介绍的高性能PFC与PWM控制器TDA16888，是西门子公司新推出的高集成度单片IC，为PCs、CTVs、监视器和工业用新一代SMPS，并利用失效模式结果分析（英文缩写为FMEA）规则而设计。

二、封装形式、内部结构及主要特点

1．封装形式、内部结构及引脚功能
    TDA16888采用P－DIP－20－5和P－DSO－20－1封装，顶视图及引脚排列如图1a、b所示。



图1a P-DIP-20-5封装顶视图
TDA16888由PFC和PWM控制器两部分组成。PFC控制器主要包含有电压误差放大器（OP1）、乘法器、电流放大器（OP2）、比较器（C1～C3）、运算跨导放大器（OTA1～OTA3）、触发器（FF1）和PFC输出驱动器等电路。PWM部分主要包括振荡器（与PFC共用）、比较器（C4～C10）、触发器（FF2）和PWM图腾柱（即推拉式）栅极驱动器等单元电路。此外，TDA16888还内置7.5V的精密带隙基准、欠电压锁定（UVLO）和电源控制电路。图2为TDA16888内部结构方框图。 TDA16888的引脚功能见表1。
2．主要特点
    88内的PFC控制器可以组成升压式预调整器，也可以组成回扫式拓扑，在连续或断续方式下工作，采用平均电流和电压传感双环控制及前沿触发宽度调制，最大占空比为94％。改进的电流型控制PWM电路可用作设计正向或回扫式变换器。为防止变压器饱和、后沿触发的PWM最大占空比限制在50％。PFC和PWM控制器在内部保持同步，在相同的频率上工作，固定频率范围从15kHz直至200kHz。PFC与PWM均采用快速软开关图腾柱栅极驱动（IA）。TDA16888启动电源电流典型值为50μA,静态工作电流仅15mA,具有低待机功耗。监视和保护特征主要包括PFC直流输出过电压和欠电压监测、峰值电流限制和IC电源欠电压闭锁等。


图1b P-DSO-20-1封装顶视图

表1TDA1688的引脚功能



TDA16888可用作设计适用于世界各国AC供电线路、输入电压从90V到270V的高品质离线SMPS，满足IEC1000－3－2关于AC输入电流的谐波限量 要求，实现高于0.99的线路功率因数，并具有低成本、低损耗和高可靠等优点。此外，IC的PFC还可用作辅助电源。

三、工作原理概述

1．电源

TDA16888的脚9（Vcc）内部并联一支17.5V的齐纳二极管Z3（见图2），只要该脚上的电压达17.5V以上，IC则被保护。在IC的任意脚都有专门的静电放电（ESD）电路，用作ESD保护。只要Vcc脚上电压超过14V的门限，IC则从待机状态进入操作模式。当电源电压降至11V的门限以下时，IC则从操作模式进入待机状态。 通过TDA16888的电源控制和脚13（PWMSS）的软启动特性，在电源电压进入稳态后，PWM控制器通过内部的偏置控制被赋能运行。

图2TDA16888内部结构方框图

2．保护电路

TDA16888的比较器C6通过脚19（PFCVS）传感过电压后，立即关闭PFC和PWM的栅极驱动，履行过电压保护功能。运算跨导放大器OTA2除了用作改进PFC预调整器的负载调整之外，也通过对脚19上的信号检测，实现对乘法器输出QM的适度控制和快速过电压保护。 万一PFC输出出现欠电压，比较器C4通过脚19检测。为提升PFC输出电压，减小负载电流，PWM控制器将关断其栅极驱动器输出。欠电压关闭必须在IC欠电压自锁之前发生，也就是说，关闭PWM输出时，脚9（Vcc）上的电压恰好在11V的欠电压自锁门限以上

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