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1、BP3339 系统应用指南系统应用指南 1 2017 7 3 目录目录 芯片介绍 典型应用 基本原理 设计指南 应用注意事项 2 BP3339是一款用于LED照明的单级PFC原边恒流控制器 无需任何次级反馈电路 得以实现低成本 它采用准谐振模式来驱动MOSFET 得以实现高效率 BP3339采用恒定Ton控制方式 内置THD补偿线路 实现了高功率因数和低谐波 BP3339内置高压启动JFET 可实现快速启动 此外 BP3339还具有良好的线性 调整率和负载调整率 并提供全面的保护功能 芯片介绍芯片介绍 IC型号型号 应用拓扑应用拓扑 Flyback或或Buck Boost BP3339 80W
2、 90Vac 305Vac 3 COMPCOMP FBFB CSCS VCCVCC GNDGND NCNC GATEGATEHVHV BP3339 XXXXXY WWXYY 4 典型应用典型应用 BP3339非隔离单绕组Buck Boost电路原理图 AC BPBP33333939 CS NCCOMP GATE GND FB HVVCC 3 6 4 5 7 1 2 8 AC BPBP33333939 NC CSCOMP GATE GND FB HVVCC 6 3 4 5 7 1 2 8 典型应用典型应用 BP3339浮地双绕组反激电路原理图 5 输入 90Vac 305Vac 输出 40V 2
3、A 效率 90 220Vac PF 0 95 THD 90 220Vac PF 0 95 THD 15 1 功率因素校正原理功率因素校正原理 基本原理基本原理 7 BP3339 采用固定Ton的峰值电流控制模式 电感电流为边界连续导通模式 BCM 在 输入电压有效值不变的情况下 在整个工频 周期内Ton保持不变 原边峰值电流和副边峰 值电流包络都为正弦波 原边电流的波形为断续的锯齿波 经输入滤 波器滤除高频分量后 其平均电流为近似正 弦的波形 基本原理基本原理 8 未加THD补偿功能的单级Flyback APFC 电路 其PF和THD跟副边反射电压与输 入电压峰值之比 即Kv Nps Vo V
4、in pk 有关 Kv越大 PF越高 THD越低 PF和 THD与Kv的关系见右图和下式 而而BP3339 内置内置THD补偿优化电路 补偿优化电路 Kv对对PF和和THD影影 响不大 响不大 2 PF和和THD计算计算 Vcs采样保持 MOS关断时刻 退磁检测时刻 高频 滤波 VREF 基本原理基本原理 9 3 原边恒流原理原边恒流原理 至比较器产生固定Ton 平均化 积分 芯片内部采集VCS峰值 并根据MOS开通和变压器 退磁时刻的检测 将原边 电流波形转换成跟副边电 流有关的波形 经过高频 滤波 误差放大和积分 再与芯片内部的锯齿波进 行比较 产生固定Ton Gm 10 4 输出电流计算
5、输出电流计算 基本原理基本原理 T T IRV demag pkpcsREF T T II demag pksout 2 1 ps pks pkp N I I cs REF psout R V NI 2 1 其中Ipkp Ipks分别为变压器原边和副边的峰值电流 Nps为变压器原副边匝 比 RCS为采样电阻值 VREF为芯片内部参考电压 T为开关周期 Tdemag为退 磁时间 11 HV引脚用于高压启动 内部为耐压700V的JFET 当电源接通 后 HV引脚会以约4 5mA的电流对VCC电容充电 当VCC电容 上的电压达到VCC ON以后 JFET停止充电 当VCC电容上的电 压掉到VCC U
6、VLO以后 JFET又重新开始对VCC电容充电 为避免在雷击测试时因电压浪涌击穿HV引脚 建议在HV引脚串 联一颗10k 的RHV电阻 特别是浮地驱动的双绕组反激电路 设计指南设计指南 1 HV引脚设计引脚设计 HV 至整流桥 后CBB电容 BP3339 RHV 12 设计指南设计指南 2 VCC引脚设计引脚设计 Cvcc电容通常取4 7uF 22uF电解电容 Cvcc的选择需考虑两个因素 Cvcc电容不能过小 否则驱动器可能无法启动或者需要多次启动 带载功率大 MOSFET Qg大的驱动器 往往需要较大的Cvcc电容 Cvcc电容也不能过大 否则快速开关机时VCC的复位时间会较长 电源断电后
7、 BP3339检测不到退磁信号 进入Fault状态 芯片内部通过42uA的电流源对Vcc 进行放电复位 当Vcc电压低于VCC UVLO后才进行重启 若Cvcc过大 需要并联 电阻Rvcc 快速开关机时Vcc的复位时间TRST可按下式预估 Cvcc VCC BP3339 Rvcc 其中VCC CLAMP 15V VCC UVLO 7 5V Idisch 42uA VCCVCC dischVCCCLAMPCC dischVCCUVLOCC RST CR IRV IRV T ln 13 设计指南设计指南 2 VCC引脚设计 续 引脚设计 续 典型的VCC启动波形如右图所 示 其中TCHARGE和T
8、RST主要跟 CVCC RVCC有关 下表列出了几种VCC电容 电阻 组合对应的时间 为最恶劣情 况 90V 50Hz输入 CVCCRVCCTCHARGETRST 4 7uF无17ms1160ms 4 7uF220k 17ms500ms 10uF100k 36ms640ms 15uF82k 55ms830ms 22uF68k 80ms1050ms VCC t TCHARGE VCC ON TRST 开机开机关机关机二次开机二次开机 VCC UVLO TCHARGE2 14 设计指南设计指南 2 VCC引脚设计 续 引脚设计 续 VCC供电的线路一般有两种 对于负 载范围为2倍左右的设计 可以采
9、用 图1的接法 如果负载范围更宽 超 过2 5倍 建议按照图2的设计 VCC BP3339 图1 图2 VCC BP3339 15 设计指南设计指南 3 CS引脚设计引脚设计 CS引脚主要采样变压器原边的峰值电流 因BP3339的CS引脚内置消隐电路 一般不 需要再做RC滤波 为防止高温降电流 建议选择温度系数好的采样电阻 CS电阻的取值跟变压器原副边匝比Nps和输出电流Iout有关 具体计算公式如下 out REF pscs I V NR 2 1 其中VREF 200mV 为改善线性调整率 一般需要在CS引脚串 接一颗补偿电阻RC 阻值从0 2k 2k 对应的补偿量约20mV 一般情况下 输
10、 出电流越大 所需的线补电阻越大 BP3339 CS RC RCS 4 COMP引脚设计引脚设计 16 设计指南设计指南 COMP引脚与地之间连接一颗0805瓷片电容CCOMP 用作内部误差放大器 跨导 的 补偿环路 CCOMP的容值取1uF一般能够较好地兼容THD和动态特性 如果需要进一 步改善高压输入时的THD 可将CCOMP容值增加到2 2uF及以上 但会影响动态特性 在启动时 当VCC电压充至VCC ON以后 芯片开始工作 Ton约6us左右 此时 COMP引脚的电压被拉高至固定电平VCOMP INIT 且不受跨导放大器影响 COMP VREF 原边电流 计算模块 BP3339 CCO
11、MP 当输出电压升高至一定值以后 芯片进入闭环工 作 输出电流平缓上升 COMP电平受跨导放大 器影响 设计指南设计指南 5 FB引脚设计引脚设计 FB引脚的功能有 退磁检测 过压保护 短路保护 输入电压检测 线电压补偿 FB引脚典型的外围电路接法如右下图所示 一般情况下 不需要外接CFB电容 除非 变压器漏感较大 或者FB走线太长 可能需要外接2 2pF 10pF的贴片电容 BP3339 FB RFBL RFBH CFB RFBH的选取原则 的选取原则 按照THD优化原则 假设最高额定输入电压为 Virms max 辅助绕组和主绕组匝比Nap 则 RFBH的计算公式如下 A NV R api
12、rms FBH 420 2 max 设计指南设计指南 RFBL的选取原则 的选取原则 RFBL按照输出VOVP电压选取 假设辅助绕组与输出绕组的匝比为Nas 则RFBL的计算公式如下 BP3339 FB RFBL RFBH CFB FBH asOVP FBL R VNV V R 5 1 5 1 为了更方便设置OVP 有时可将RFBL拆成2颗 电阻进行并联 5 FB引脚设计 续 引脚设计 续 设计指南设计指南 6 GATE引脚设计引脚设计 GATE引脚的输出高电平为VCC电压 典型的Gate驱动电路接法如右下图所示 为改善线性调整率 RG1越小越好 RG2的取值主要需要关注MOSFET开通时的米
13、勒 平台时间 建议控制在300ns以内比较合适 另外 RG2大些 对抑制副边二极管的 电压尖峰也有利 因此需要折中考虑 BP3339 RG1 GATE RCS Dgate RG2 20 应用注意事项应用注意事项 1 THD优化优化 低压输入时Flyback APFC的THD一般都能 10 对于高压输入而言 影响THD的 因素以及采取的对策主要有 输入电流波形非正弦 通过BP3339内置的内置的THD补偿补偿 主要优化输入电流波形 使之更正弦 主要措施是调整调整RFBH电阻电阻 输入X电容和整流桥后CBB电容导致的输入电流前倾 减小减小CBB电容电容 整流桥后CBB电容导致的输入电流死区 减小减
14、小CBB电容电容 闭环反馈回路带宽对THD的影响 增大增大COMP电容电容 21 应用注意事项应用注意事项 2 线性调整率线性调整率 原边反馈方案都存在线性调整率问题 产生线性调整率的根源在于MOSFET关断延 时导致VCS峰值采样值存在误差 输入电压越高 输出电流越大 线性调整率补偿的策略是通过FB引脚检测输入电压 产生与之成正比的电流 通过 在CS引脚的补偿电阻RC上产生补偿分量 VCS 去补偿MOSFET关断延时的影响 因此 Qg越小 门极关断电阻RG1越小 线性调整率越好 线性调整率主要关注额 定电压下的输出电流 例如120V 220V 277V 线性调整率补偿跟THD补偿会有 相互影
15、响 需要反复多次取最佳值 相同条件下 增大电感量 降低工作频率 也有助于改善线性调整率 3 负载调整率负载调整率 原边反馈方案一般也会有负载调整率的问题 产生负载调整率问题的根源在于芯片 检测到的变压器退磁时刻滞后于副边二极管续流到零的时刻 BP3339内部对这部 分误差也进行了补偿 因此具有良好的负载调整率 22 3 OVP电压设置电压设置 应用注意事项应用注意事项 OVP电压设置得较高 有助于避免误触发OVP保护 但是也有可能因误触发短路保 护导致多次启动现象 特别是在输出电解电容特别大的情况下 启动时 如果在100个开关周期以后输出电压仍未达到一定的值 BP3339认为输出 被短路 开始
16、对VCC进行放电 进入短路保护模式 因此 一般建议OVP电压比正常带载电压高15 25 左右比较合适 4 空载损耗空载损耗 BP3339内置JFET高压启动功能 因此空载损耗进一步降低 空载时 BP3339进入 打嗝模式 延长VCC复位时间 即前述的TRST 有助于降低损耗 经过优化后 BP3339的空载损耗 高压输入 能够控制在350mW以内 23 应用注意事项应用注意事项 5 过温保护过温保护 BP3339在结温达到温度调节点TREG后 先进行降电流动作 此时输出电流开始下 降 若温度进一步升高 达到TREG 10 以后 芯片停止工作 该时刻的输出电流 约为正常输出电流的1 3 此后 当芯片温度降低到TREG 10 以后 BP3339重新开 始工作 24 应用注意事项应用注意事项 6 PCB布板布板 芯片背面PCB正上方禁止放置变压器或者TO220封装MOSFET及其散热器 否 则可能影响芯片正常工作 或者保护功能异常 CS引脚的补偿电阻RC应尽可能靠近芯片引脚 并且远离GATE等存在较高di dt 的走线 FB引脚的采样电阻应尽量靠近芯片引脚 避免过长 否则可能影响退磁检测或 导
