基于IC控制器FAN4810的500WPFC電源的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了PFC控制器FAN4810的主要特性，同時(shí)給出了基于FAN4810的500W高性能PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)程序與方法。

關(guān)鍵詞：FAN4810；PFC變換器；電路設(shè)計(jì)

0 引言

將基于功率因數(shù)控制器的有源功率因數(shù)校正（PFC）預(yù)調(diào)節(jié)器應(yīng)用于分布式電源系統(tǒng)的前端時(shí)，能使非線性負(fù)載呈現(xiàn)純電阻性，迫使橋式整流器的輸入電流正比于輸入電壓，并且與線路電壓保持同相位，因而線路功率因數(shù)幾乎達(dá)到1。有源PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的DC輸出電壓必須高于AC線路電壓的峰值。對(duì)于270V的AC最高輸入線路電壓，PFC升壓變換器的DC輸出穩(wěn)定電壓通常是385V或400V。基于美國(guó)飛兆半導(dǎo)體公司功率因數(shù)控制器FAN4810的PFC升壓變換器，有著寬輸入電壓范圍和寬輸出功率電平，符合IEC1000-3-2規(guī)范和UL1950標(biāo)準(zhǔn)，具有超快速PFC響應(yīng)。本文簡(jiǎn)要介紹了PFC控制器FAN4810的主要特點(diǎn)，給出了完整的應(yīng)用電路，重點(diǎn)介紹了利用FAN4810控制器的500WPFC預(yù)變換器設(shè)計(jì)。

1 FAN4810的基本結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)

FAN4810采用16引腳DIP和16引腳SOIC封裝，芯片電路組成框圖如圖1所示。

圖1 FAN4810芯片電路組成框圖

FAN4810是一種平均電流、連續(xù)升壓前沿PFC控制器，其主要特點(diǎn)如下：

1）含有Tri-faultDetect^TM功能，符合UL1950安全標(biāo)準(zhǔn)。萬(wàn)一反饋通路失效，反饋腳V_FB上電壓太高、太低或開(kāi)路，三故障（Tri-fault）檢測(cè)電路將終止PFC驅(qū)動(dòng)；

2）壓擺率增強(qiáng)的跨導(dǎo)電流誤差放大器（IEA），提供超快速PFC響應(yīng)；

3）內(nèi)置增益調(diào)制器，并且有3個(gè)輸入，即AC線路電流參考輸入I_AC、AC線路電壓檢測(cè)輸入V_RMS和PFC輸出電壓反饋誤差放大器（VEA）輸出V_EAO，這種3輸入增益調(diào)制器，對(duì)PFC起核心控制作用；

4）帶有輸出過(guò)電壓保護(hù)（OVP）、輸入電壓過(guò)低（brown-out）保護(hù)、V_CC欠壓鎖定（UVLO）、峰值電流限制和軟啟動(dòng)功能；

5）帶開(kāi)/關(guān)PWM時(shí)鐘輸入（腳CLKSD）和同步時(shí)鐘輸出（腳CLKOUT）；

6）V_CC啟動(dòng)門限為13V，關(guān)閉門限是10.8V，啟動(dòng)電流約200μA，在V_CC=15V下的工作電流約5.5mA；

7）柵極驅(qū)動(dòng)電流容量達(dá)±1A。

2 應(yīng)用電路與設(shè)計(jì)

2.1 應(yīng)用電路及操作

圖2示出了由FAN4810組成的一個(gè)500W有源PFC升壓變換器電路。

圖2 基于FAN4810的500WPFC預(yù)變換器電路

在接通AC線路電源后，當(dāng)電容C₁₅通過(guò)R₁₃和R₁₄被充電到13V時(shí)，F(xiàn)AN4810啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)，在PFC開(kāi)關(guān)Q₁導(dǎo)通之前，為保證PFC操作，通過(guò)二極管D₂的電流迅速對(duì)C₅充電到AC線路電壓峰值。當(dāng)Q₁關(guān)斷時(shí)，C₅上電壓經(jīng)L₁升壓至400V。升壓電感器L₁的輔助繞組及D₃，D₄，C₁₂，C₁₆和R₁₀，C₁₅組成的全波整流濾波電路，為FAN4810腳V_CC提供15V的DC工作電壓。Q₄，R₁₆和C₂₀等組成軟啟動(dòng)電路，F(xiàn)AN4810誤差放大器輸出V_EAO被迫跟隨Q₄對(duì)C₂₀充電。當(dāng)C₂₀被充電至VREF（7.5V）時(shí)，Q₄截止。

2.2 設(shè)計(jì)程序與方法

2.2.1 PFC升壓變換器基本參數(shù)

圖2所示的PFC升壓變換器電路主要參數(shù)為：

輸出功率 P_o=500W；

最低AC線路電壓 V_MIN=80V；

最高AC線路電壓 V_MAX=264V；

DC輸出電壓 V_o=400V（正常值），最小值V_o(MIN)=300V；

變換效率 η=0.93；

開(kāi)關(guān)頻率 f_s=100kHz；

總電流諧波失真 THD=5％。

2.2.2 主要電路和元件參數(shù)選取

根據(jù)PFC變換器的技術(shù)條件和FAN4810的電氣特性，可以確定主要元件的選取。

2.2.2.1 升壓電感器L₁電感值的確定

PFC變換器在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下工作，最大峰值A(chǔ)C線路電流I_IN（PK）為

I_IN(PK)===9.5A

高頻電流峰—峰值ΔI可按I_IN(PK)的20％來(lái)處理，即ΔI=9.5A×20％=1.9A。通過(guò)L₁的最大電流為

I_L(MAX)=I_IN(PK)＋ΔI/2=9.5A＋1.9A/2=10.45A

開(kāi)關(guān)占空因數(shù)D為

D==0.717

L₁的電感值可由式（1）確定。

L= （1）

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）得到L=426μH，可選擇420μH（電流容量為10A）。