論文資料：apfc控制芯片mc33368的典型應(yīng)用及改進

1、<p>　　APFC控制芯片MC33368的典型應(yīng)用及改進</p><p><b>　　劉艷芳 張波</b></p><p>　　(華南理工大學(xué)電力學(xué)院 廣州 510640)</p><p>　　摘 要：本文介紹了控制芯片MC33368在APFC電路中的典型應(yīng)用，由此提出相應(yīng)的改進方案。該芯片采用了峰值電流控制技術(shù)，零電流檢測功能實現(xiàn)

2、了電路的DCM/CCM臨界工作模式，并具有外圍電路簡單、成本低、功率密度高、效率高，可靠性高的特點。</p><p>　　關(guān) 鍵 詞： MC33368；APFC；控制電路</p><p><b>　　0．引言</b></p><p>　　為了限制各種電力電子裝置對電網(wǎng)的諧波污染，最有效的措施就是有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)。有源功率因數(shù)校正

3、的核心是如何實現(xiàn)對開關(guān)管的控制。常用AC-DC開關(guān)變換器實現(xiàn)APFC的方法基本上有三種，即電流峰值控制、電流滯環(huán)控制和平均電流控制，但在實際應(yīng)用中較多采用電流峰值控制和平均電流控制。目前，實現(xiàn)這些控制都采用專用控制芯片，較有代表性峰值電流控制芯片MC33368[1]，MC34261和L6561，其中MC33368具有較少的外圍電路、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，成本低、體積小的特點，與MC34261相比，在線電壓過零時，電流跟隨效果有了顯著改善。

4、但實際應(yīng)用中，仍然存在一些需要改進的地方。</p><p>　　為此，本文在實現(xiàn)MC33368在APFC電路中的典型應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過外圍電路的改進，提出了一些實用的改進方案。改進后的方案將對保護功能的實現(xiàn)，可靠性的提高，輸出特性的改善有很好的利用價值。以利于它在中小功率PFC電源中的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1．MC33368工作原理及典型應(yīng)用</p><p&g

5、t;　　參見圖1 MC33368控制的電流臨界連續(xù)型Boost PFC電路,其工作原理可敘述如下[2]：檢測電感電流，與基準相比較，當(dāng)電流達到正弦基準電流（為輸入電壓信號與電壓環(huán)誤差放大器輸出的乘積） 時，產(chǎn)生一個關(guān)斷信號斷開MOSFET，隨之電感電流下降，當(dāng)電路檢測到這一電流過零時，產(chǎn)生一個開通信號開通MOSEFT，從而保持電感電流始終工作于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，如圖2所示。</p><p><b>

6、　　。</b></p><p>　　圖1： 臨界連續(xù)型Boost PFC電路</p><p>　　圖3是 MC33368內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)。開關(guān)管的電流Is也就是電感電流被檢測，所得信號Current Sense送入PWM比較器，電流基準值由乘法器的輸出值供給。乘法器有兩個輸入信號一個是輸出電壓檢測值FB與基準電壓Vref之間的誤差信號Comp（經(jīng)過電壓誤差放大器）；另一個為輸入

7、電壓檢測值Mult，Mult的波形為雙半波正弦電壓波形（100Hz）。因此電流基準就為雙半波正弦電壓，令電感（輸入）電流的峰值包絡(luò)線跟蹤輸入電壓的波形。使輸入電流與輸入電壓同相位，并接近正弦。閉環(huán)系統(tǒng)中的電壓環(huán)由分壓器、電壓誤差放大器、乘法器、電流比較器及驅(qū)動器（圖4標記的更清楚）組成。因此，在保持輸入端功率因數(shù)接近1的同時，也能保持輸出電壓穩(wěn)定。</p><p>　　圖2： 電感電流和MOSFET驅(qū)動波形&

8、lt;/p><p>　　圖3：MC33368 功能模塊圖</p><p>　　圖4是一個MC33368控制的400w 具有PFC電源電路。</p><p>　　圖4：MC33368控制的400W PFC電源電路</p><p><b>　　2．改進方案</b></p><p>　　MC33368在實際

9、應(yīng)用中存在以下不足：</p><p>　　軟啟動開關(guān)管電流應(yīng)力較大。</p><p>　　上電啟動或由保護狀態(tài)恢復(fù)過程中，由于PFC輸出電壓未建立，電壓環(huán)Comp為飽和輸出，相應(yīng)Comp與Mult相乘所得的電流基準很大，從而造成功率管的電流應(yīng)力較大。</p><p>　　為解決該問題，一方面通過設(shè)置合理的啟動時序，使后級DC/DC變換落后于PFC電路啟動，即當(dāng)PFC

10、電路啟動一段時間，PFC輸出電壓上升至正常值后，再啟動DC/DC部分；這樣可保證PFC電路的空載啟動，從而減小啟動過程中功率管的電流應(yīng)力。</p><p>　　實際電路中通過以下措施來實現(xiàn)：一是設(shè)置PFC輸出欠壓保護，即當(dāng)PFC輸出電壓達到正常值以后，再啟動DC/DC；二是設(shè)置DC/DC保護電路的恢復(fù)延時大于PFC保護電路的恢復(fù)延時，實現(xiàn)PFC電路的空載啟動；三是加入由D4，C7，R3，R4，Q1組成的軟啟動電路

11、（見圖5），該電路可限制每次啟動過程中電壓環(huán)輸出電壓上升斜率，從而限制了電流基準，也就限制了啟動過程中功率管的峰值電流。在PFC輸出空載的情況下，可在軟啟動電路退出工作前使PFC輸出電壓達到正常值，完成啟動過程，保證功率管的安全工作，以下計算軟啟動電容的取值。</p><p>　　由MC33368芯片手冊知，當(dāng)環(huán)境溫度為25℃時，電壓環(huán)的快速啟動充電電流為1.1mA，當(dāng)電壓環(huán)輸出2V以上時，開始出控制信號，設(shè)啟動

12、過程為50ms，電壓環(huán)輸出變化量控制在0.5V內(nèi)，則有：</p><p>　　C=i*Δt/ΔU=1.1*10-3*50*10-3/0.5=110uF</p><p>　　C7取為100uF/16V。</p><p>　　軟啟動電路本身的充電時間常數(shù)要求遠大于電壓環(huán)的時間常數(shù)，實際取電阻R3為13K，其時間常數(shù)為。RC=13*103*100*10-6=1.3S<

13、;/p><p>　　電壓環(huán)帶寬合理設(shè)置。</p><p>　　應(yīng)綜合考慮模塊輸出穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)要求，設(shè)電壓環(huán)帶寬為15Hz，則補償電容容量取為：C=gM/(2*?*BW)*10-6=0.54 uF</p><p>　　其中：—環(huán)路帶寬，單位：Hz</p><p>　　—MC33368 內(nèi)部電壓誤差放大器跨導(dǎo)，單位：S</p>&l

14、t;p>　　取0.47uF/50V和0.1uF/50V電容并聯(lián)。</p><p>　　（3）PFC保護方式。</p><p>　　在本模塊中，當(dāng)保護信號生效時，通過Q1將MC33368的13腳（頻率鉗位）和電壓環(huán)輸出拉低，從而達到快速關(guān)斷控制信號的目的，同時保證保護狀態(tài)恢復(fù)時電路的軟啟動。</p><p>　?。?）LEB 功能。</p><

15、;p>　　MC33368具有LEB（Leading Edge Blanking）上升沿消隱功能。通過芯片的LEB端口直接檢測功率管的柵極驅(qū)動信號，在柵極驅(qū)動信號的上升沿處屏蔽電流檢測信號ISEN，以免發(fā)生因功率管開通時的電流檢測信號的噪聲超過峰值電流基準而導(dǎo)致功率管馬上又被關(guān)斷的情況。應(yīng)用時將LEB端口接至功率管的柵極即可。</p><p>　　圖5： MC33368芯片改進控制線路</p>

16、<p>　　如果由于主板走線或者控制板走線導(dǎo)致MC33368芯片的LEB管腳有負壓，則會導(dǎo)致MC33368內(nèi)部基準（其輸出在芯片的1腳）不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致PFC的輸出紋波會很大且不穩(wěn)定；隨著布局密度的增加，以及采用電流互感器作為MOSFET的電流檢測元件，均很容易在LEB上產(chǎn)生負壓，最直接，最保險、可靠的辦法就是在MC33368的LEB管腳處加一個肖特基二極管來直接限制管腳處的負壓（這樣就不需要在MOSFET處加肖特基二極管了）

17、。如圖5中的D6所示。</p><p>　　圖5是MC33368芯片實際應(yīng)用中綜合考慮上述得到的改進控制線路，并實際應(yīng)用于交流輸入為85VAC到300VAC的中小功率整流模塊中（75-1000W），結(jié)果表明，該電路結(jié)構(gòu)簡潔，控制方式簡單，很大程度提高了系統(tǒng)可靠性和電磁兼容能力。電路效率高，成本低，輸出電壓性能好。表1列出應(yīng)用在下面兩種電源中的技術(shù)指標。</p><p>　　表1兩種電源的技

18、術(shù)指標</p><p><b>　　3．結(jié)論</b></p><p>　　本文在實現(xiàn)MC33368在APFC電路中的典型應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過外圍電路的改進，提出了一些實用的改進方案。</p><p>　　采用MC33368控制的APFC電源具有外圍電路簡單、成本低、功率密度高、效率高、可靠性高的特點。典型應(yīng)用和改進方案相結(jié)合，大大提高了電源的性能

19、指標，功率因數(shù)達到0.999以上，總諧波畸變nⅢ 不大于3％，效率可達0.97。目前，這種APFC技術(shù)已經(jīng)在中小功率開關(guān)電源、電子慎流器等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，對減少電網(wǎng)的諧波污染起到了一定的作用。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　Motorola Advance Information About “High Voltage Gre

20、en-line Power Factor Controller “MC33368[M]:3-372-3-383.</p><p>　　張占松，蔡宣三 開關(guān)電源的原理與設(shè)計，第一版，北京，電子工業(yè)出版社，1998年6月</p><p>　　Typical Application and Improvement of APFC IC MC33368 </p><p>

21、　　Liu Yanfang Zhuangbo</p><p>　　(Electric Power College ,South China University of Technology,Guangzhou, 510640)</p><p>　　Abstract: In this paper, typical application of IC NC33368 in APFC circu

22、it has been introduced, some improving case was presented.MC33368 take peak current control. Zero current detector to ensure DCM/CCM critical conduction operation MC33368 is optimized for high density power supplies requ

23、iring a minimum board area, reduced component count, low cost, high efficiency and high reliability.</p><p>　　Key words: MC33368；APFC；Control Circuit</p><p>　　作者簡介：劉艷芳，女，江西萍鄉(xiāng)人，華南理工大學(xué)電力學(xué)院2003級工程碩