PFC應(yīng)用:臨界導(dǎo)電模式有源PFC的設(shè)計(jì)

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(shí)對(duì)負(fù)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(shì)。文中推出的APFC系統(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(shí)現(xiàn)APFC變換器的拓?fù)潆娐酚蠦oost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(duì)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(dòng)等特殊優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用最為廣泛，這里的設(shè)計(jì)主要基于Boost變換器。

目前，用于實(shí)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。

在圖1中，5腳是零電流檢測(cè)輸入端，接在變壓器二次側(cè)，因而檢測(cè)到的是電感電流，即外電源流入負(fù)載的電流。當(dāng)電感電流為零時(shí)，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(chǔ)存于電感中。當(dāng)電感電流增大到一定值時(shí)，Q1又關(guān)斷，這也是通過RS觸發(fā)器進(jìn)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(dāng)輸入Q1的電流值大于MULT輸出的電流值時(shí)，OIC輸出電平翻轉(zhuǎn)，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(dāng)Q1關(guān)斷后，變壓器一次側(cè)的電流逐漸減小，當(dāng)此電流接近零時(shí)，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(dāng)負(fù)載突然關(guān)斷、啟動(dòng)或輸出端出現(xiàn)浪涌時(shí)，會(huì)出現(xiàn)輸出電壓過高的情況，這時(shí)OVC會(huì)發(fā)揮保護(hù)作用。此時(shí)，過壓保護(hù)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(dāng)8腳的電壓Vcc低于下限值時(shí)，UVLO輸出低電平，7腳也輸出低電平，關(guān)斷Q1。定時(shí)器的作用是在電感電流下降到零時(shí)啟動(dòng)Q1。

2 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)

根據(jù)需要，設(shè)計(jì)了一個(gè)150 W PFC系統(tǒng)，其信號(hào)流程及信號(hào)波形如圖3所示。其主要參數(shù)為：交流輸入電壓范圍為175～265V；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η=90％，則額定輸入功率Pin=P0／η=167 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。