新型低成本ccm pfc控制器原理與測(cè)試

1、新型低成本CCMPFC控制器原理與測(cè)試摘要：一種新的連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)的功率因數(shù)校正(PFC)控制器，被命名為ICE1PCS01是基于一種新的控制方案開發(fā)出來的。與傳統(tǒng)的PFC解決方案比較，這種新的集成芯片(IC)無需直接來自交流電源的正弦波參考信號(hào)。該芯片采用了電流平均值控制方法，使得功率因數(shù)可以達(dá)到1。通過增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的方法使得負(fù)載突然波動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性得到改善。獨(dú)特的軟啟動(dòng)方式防止了啟動(dòng)時(shí)過高的浪涌電流。為了確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行，

2、也提供了各種保護(hù)措施。本文將介紹該芯片工作過程，同時(shí)提供了測(cè)試結(jié)果。此芯片采用雙列直插8管腳的封裝形式，適用于低成本的PFC設(shè)計(jì)。一、簡(jiǎn)介傳統(tǒng)的用于電子設(shè)備前端的二極管整流器，因?yàn)閷?dǎo)致電源線的脈沖電流，干擾電網(wǎng)線電壓，產(chǎn)生向四周輻射和沿導(dǎo)線傳播的電磁干擾，導(dǎo)致電源的利用效率下降。近幾年來，為了符合國(guó)際電工委員會(huì)6100032的諧波準(zhǔn)則，有源PFC電路正越來越引起人們的注意。對(duì)于小于200瓦的小功率裝置，不連續(xù)調(diào)制模式(DCM)因其低廉的

3、價(jià)格受到普遍歡迎。另外，它的控制電路塊中只有一個(gè)電壓控制環(huán)，因而采用DCM的PFC設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行。然而，由于它固有的電流紋波較大，DCM很少應(yīng)用于大功率場(chǎng)合。在大功率場(chǎng)合，CCM的PFC更具有吸引力。在CCM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，它的傳輸函數(shù)存在電壓環(huán)和電流環(huán)兩個(gè)控制環(huán)路。因而CCM的控制電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，CCMPFC控制器的管腳數(shù)目也較多。ICE1PCS01這種新的PFC控制器，是為了降低設(shè)計(jì)費(fèi)用和難度而開發(fā)的。它僅有8個(gè)管腳。此外，根據(jù)故障模式影

4、響分析(FMEA)，很多的保護(hù)電路被集成在這塊芯片中。本文將對(duì)此IC的功能進(jìn)行詳細(xì)地介紹，并通過測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了它的性能。二、芯片功能1.無直接參考正弦波傳感信號(hào)的均值電流控制傳統(tǒng)的CCMPFC結(jié)構(gòu)電路如圖1所示。圖1：傳統(tǒng)的CCM有源PFC電路和它的波形可以看出，在傳統(tǒng)的PFC電路存在兩個(gè)控制環(huán)。一個(gè)是電壓環(huán)，它被用來調(diào)整輸出電壓；另外一個(gè)是電流環(huán)，它被用來控制輸入電流。誤差放大器的輸出Verr決定了輸入電流Iin的幅值大小。Verr乘

5、以正弦波參考信號(hào)|Vin|得到正弦輸入電流。在傳統(tǒng)的CCMPFC中，|Vin|是必不可少的，它用于產(chǎn)生電流控制環(huán)中的正弦波輸入電壓。這個(gè)被稱為ICE1PCS01新的PFC控制器的一個(gè)典型應(yīng)用如圖2所示。它僅有8個(gè)管腳，也沒有直接饋入芯片的正弦波傳感信號(hào)。該芯片的基本原理如下所述。假設(shè)電壓環(huán)正處于工作狀態(tài)，輸出電壓保持恒定，則一個(gè)CCM升壓型PFC控制系統(tǒng)的MOSFET關(guān)斷占空比DOFF可以由下面的公式得到：從上面的公式可知，DOFF正比

6、于VIN。電流環(huán)的目的在于調(diào)整電感電流的平均值，使得它正比于關(guān)斷占空比DOFF，從而正比于輸入電壓VIN。這個(gè)關(guān)系式可以通過前邊沿調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。斜坡信號(hào)由內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生，斜坡信號(hào)的幅值一方面受內(nèi)部的控制信號(hào)控制，但另一方面卻可以影響線輸入平均值電流的幅值。二、芯片功能1.無直接參考正弦波傳感信號(hào)的均值電流控制傳統(tǒng)的CCMPFC結(jié)構(gòu)電路如圖1所示。圖1：傳統(tǒng)的CCM有源PFC電路和它的波形可以看出，在傳統(tǒng)的PFC電路存在兩個(gè)

7、控制環(huán)。一個(gè)是電壓環(huán)，它被用來調(diào)整輸出電壓；另外一個(gè)是電流環(huán)，它被用來控制輸入電流。誤差放大器的輸出Verr決定了輸入電流Iin的幅值大小。Verr乘以正弦波參考信號(hào)|Vin|得到正弦輸入電流。在傳統(tǒng)的CCMPFC中，|Vin|是必不可少的，它用于產(chǎn)生電流控制環(huán)中的正弦波輸入電壓。這個(gè)被稱為ICE1PCS01新的PFC控制器的一個(gè)典型應(yīng)用如圖2所示。它僅有8個(gè)管腳，也沒有直接饋入芯片的正弦波傳感信號(hào)。該芯片的基本原理如下所述。假設(shè)電壓環(huán)

8、正處于工作狀態(tài)，輸出電壓保持恒定，則一個(gè)CCM升壓型PFC控制系統(tǒng)的MOSFET關(guān)斷占空比DOFF可以由下面的公式得到：從上面的公式可知，DOFF正比于VIN。電流環(huán)的目的在于調(diào)整電感電流的平均值，使得它正比于關(guān)斷占空比DOFF，從而正比于輸入電壓VIN。這個(gè)關(guān)系式可以通過前邊沿調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。圖3：電流平均值控制斜坡信號(hào)由內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生，斜坡信號(hào)的幅值一方面受內(nèi)部的控制信號(hào)控制，但另一方面卻可以影響線輸入平均值電流的幅值。

9、2.增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)由于PFC的固有屬性，PFC動(dòng)態(tài)環(huán)路總是用低帶寬進(jìn)行補(bǔ)償，目的是不對(duì)頻率為2fL波紋響應(yīng)。這里fL指的是交流電源線的頻率。所以當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，調(diào)整電路不能作出快速響應(yīng)，從而引起輸出電壓起落過大。為了解決這個(gè)PFC應(yīng)用中的問題，在芯片中采用了增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。一旦輸出電壓超出正常值的5％，IC將跳過慢補(bǔ)償運(yùn)算放大器，直接作用于內(nèi)部非線性增益塊而影響占空比。輸出電壓能夠在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)回復(fù)到正常值。圖4所示為實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的控制模