臨界導(dǎo)電模式有源PFC的設(shè)計

1、聊訕匕汁； 鞫出端電流楫割反描也Jl 掩人端臨界導(dǎo)電模式有源PFC的設(shè)計APFC技術(shù)按照電感電流是否連續(xù)，可分為斷續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)、連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM) 和介于兩者之間的臨界導(dǎo)電模式(CRM)。CCM模式適合于較大功率輸出，控制較復(fù)雜，且 存在二極管反向恢復(fù)的問題。DCM模式的輸入電流和輸出電壓的紋波比較大，因而開關(guān)損 耗比較大，同時對負載有一定的影響。CRM模式既沒有斷續(xù)導(dǎo)電模式那么大的器件應(yīng)力， 也不存在連續(xù)導(dǎo)電模式所具有的二極管反向恢復(fù)問題，且輸入平均電流與輸入電壓成線性關(guān) 系。在中小功率(300 W以下)場合，采用臨界導(dǎo)電模式的功率因數(shù)校正具有比較大的優(yōu)勢。 文中推出的APFC系

2、統(tǒng)采用美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的MC33262專用集成控制芯片，并使其 工作于臨界導(dǎo)電模式(CRM)。1基于MC33262的APFC原理簡介用于實現(xiàn)APFC變換器的拓撲電路有Boost變換器、反激變換器和Boost-Buck變換器 等，但由于Boost電路具有：有輸入電感，可減小對輸入濾波的要求;開關(guān)器件的電壓不超 過輸出電壓值；容易驅(qū)動等特殊優(yōu)點，因此其應(yīng)用最為廣泛，這里的設(shè)計主要基于Boost 變換器。目前，用于實現(xiàn)臨界導(dǎo)電模式的控制芯片有很多，由MC33262構(gòu)成的采用Boost變 換器的APFC電路。MC33262原理框圖如圖1所示。婦甘流拎則信峙輸，端圖1 MC33262原理瓠:圖圍2

3、MC33262芯片在APFC守的實際應(yīng)用在圖1中，5腳是零電流檢測輸入端，接在變壓器二次側(cè)，因而檢測到的是電感電流， 即外電源流入負載的電流。當電感電流為零時，ZCD的輸出翻轉(zhuǎn)，將內(nèi)部的RS觸發(fā)器置“1”， 7腳輸出高電平，使Q1導(dǎo)通。外電源通過橋式整流，使變壓器一次側(cè)和Q1導(dǎo)通，電流流 過變壓器一次側(cè)，將電能儲存于電感中。當電感電流增大到一定值時，Q1又關(guān)斷，這也是 通過RS觸發(fā)器進行控制的。1腳接PFC輸出電壓的分壓，該電壓經(jīng)EMP放大后，與由3 腳輸入的電壓分壓值在MULT中相乘，MULT的輸出與由4腳輸入的Q1的電流比較。當輸入。1的電流值大于MULT輸出的電流值時，OIC輸出電平翻轉(zhuǎn)

4、，將RS觸發(fā)器 置“0”，該電平由7腳輸出，關(guān)斷Q1。因此，MULT的輸出電流即通過Q1的電流的門限值， 該門限值隨輸入電壓的變化而近似呈正弦規(guī)律變化。當Q1關(guān)斷后，變壓器一次側(cè)的電流逐 漸減小，當此電流接近零時，又導(dǎo)致ZCD的輸出翻轉(zhuǎn)，將RS觸發(fā)器置“1”，Q1導(dǎo)通，重復(fù) 以上過程。當負載突然關(guān)斷、啟動或輸出端出現(xiàn)浪涌時，會出現(xiàn)輸出電壓過高的情況，這時OVC 會發(fā)揮保護作用。此時，過壓保護器的輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將RS觸發(fā)器置“0”，關(guān)斷Q1。 器件內(nèi)設(shè)定的比較器門限電壓為1. 08 V。欠壓鎖定的作用在于監(jiān)控電源正極電壓。當8腳 的電壓Vcc低于下限值時，UVLO輸出低電平，7腳也輸出低電平

5、，關(guān)斷Q1。定時器的作 用是在電感電流下降到零時啟動Q1。2系統(tǒng)主要技術(shù)指標的設(shè)計根據(jù)需要，設(shè)計了一個150 W PFC系統(tǒng)，其信號流程及信號波形如圖3所示。其主要 參數(shù)為：交流輸入電壓范圍為175265V；最大輸出功率為150 W，若Boost電路的提升 電壓為400 V，則額定直流電流為375 mA；若轉(zhuǎn)換效率為n=9。，則額定輸入功率Pin=Po / n=i67 W；最小開關(guān)頻率選為fmin=25 kHz；輸入偏移因子IDF=0. 98；最大紋波峰一 峰值為8 V。S 3信號流程及信號流呷騎3電路主要參數(shù)的計算3.1電感L的計算最低工作頻率條件下所需的電感值可通過式(1)求得：L =(V

6、(JU1 - Vin)/4fmV ,vdianyuari(l)式中：Vin為穩(wěn)壓輸人峰值電壓最大值；Pin為輸入功率最大值；fmin為開關(guān)頻率最 小值。將主要參數(shù)代入式(1)得：L=54g在該設(shè)計中取L=550口H。3- 2輸入濾波電容的設(shè)計輸入濾波電容的主要作用是濾除輸入端的高頻噪音，其容量很小。但如果其取值太小， 很難較好地濾除輸入的高頻噪音，另一方面其取值又不能太大，否則會引起較大的輸入電壓 偏移。3- 2. 1輸入濾波電容的下限值輸入濾波電容的下限值由輸入濾波電容的最大紋波電壓決定，可用式(2)計算：=.口I LL III式中：AVcin(max)為濾波電容的最大紋波電壓，一般情況下，

7、該值可取小于最低輸入 電壓峰值的5%。將主要參數(shù)代入式(2)得：mm) =503. 2. 2輸入濾波電容的下限值輸入濾波電容的上限值由輸入偏移因子IDF決定，可用下式計算:Gut mg =(2Pin/Vfntancos-l(IDF) (3) 將主要參數(shù)代入式(3)得：Gnfmn 心=L 5 片fCQ = 149 pF輸出電容的選擇不但要考慮容值，還要考慮電壓應(yīng)力，由于電路的響應(yīng)速度較慢，當 負載突然變輕時，可能會引起輸出電壓的過沖現(xiàn)象，考慮到一定裕量，它的耐壓可按大于輸 出過壓保護點1. 1VOVP來選取。在該電路設(shè)計中選擇Co=220F，耐壓為450 V的電解 電容。3- 4功率開關(guān)管和輸出

8、二極管的選擇功率開關(guān)管與輸出二極管的電流應(yīng)力和電壓應(yīng)力都相同，下面分別計算兩者的電流應(yīng) 力和電壓應(yīng)力。開關(guān)管和二極管的最大峰值電流：iKPtrux iDPtm* 心 m / Virt（ minj將兒N 167 WV回吶=175V2 V代人上 式得，出皿蓄h胞num =27 A*電I開關(guān)管和輸出二極管的電壓應(yīng)力需考慮輸出過壓保護點，因此其最大電壓為：V職皿 V）p（= 44。V （4）在該電路設(shè)計中，選擇功率場效應(yīng)管IRF84. 0作為開關(guān)管，其耐壓為500 V，最大 電流為8 A；選擇快速恢復(fù)二極管MURI560作為輸出二極管，其耐壓為600 V，最大電流 為 15 A。4實驗與結(jié)論實驗結(jié)果（見圖4圖7）顯示該AC / DC變換器在較寬廣的輸入電壓范圍下獲得高度穩(wěn) 定的直流電壓400 V輸出；紋波峰一峰值在8 V以下；輸出額定功率達150 W；滿載下效 率n=95% ；功率因數(shù)沁0. 99；輸入電流總諧波畸變D6%。目前，這種具有APFC電路 的控制器已應(yīng)用于電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品中。生 00二I /4 ms 淋圖6 史流輸入電壓為240 V 時的電壓和電流波形t /4 ms 怫圖7 半個工頻周期內(nèi)電感電滴.波形5結(jié)語由MC33262構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路外圍結(jié)構(gòu)簡單，電路元器件少，電路的體積和 成本下降，提高了系統(tǒng)的可靠性。目前，這