新型低成本ccm pfc控制器原理與測試

1、新型低成本CCMPFC控制器原理與測試摘要：一種新的連續(xù)導通模式(CCM)的功率因數校正(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。該芯片采用了電流平均值控制方法，使得功率因數可以達到1。通過增強動態(tài)響應的方法使得負載突然波動時的動態(tài)特性得到改善。獨特的軟啟動方式防止了啟動時過高的浪涌電流。為了確保系統(tǒng)的安全運行，

2、也提供了各種保護措施。本文將介紹該芯片工作過程，同時提供了測試結果。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設計。一、簡介傳統(tǒng)的用于電子設備前端的二極管整流器，因為導致電源線的脈沖電流，干擾電網線電壓，產生向四周輻射和沿導線傳播的電磁干擾，導致電源的利用效率下降。近幾年來，為了符合國際電工委員會6100032的諧波準則，有源PFC電路正越來越引起人們的注意。對于小于200瓦的小功率裝置，不連續(xù)調制模式(DCM)因其低廉的

3、價格受到普遍歡迎。另外，它的控制電路塊中只有一個電壓控制環(huán)，因而采用DCM的PFC設計簡單易行。然而，由于它固有的電流紋波較大，DCM很少應用于大功率場合。在大功率場合，CCM的PFC更具有吸引力。在CCM的拓撲結構中，它的傳輸函數存在電壓環(huán)和電流環(huán)兩個控制環(huán)路。因而CCM的控制電路設計復雜，CCMPFC控制器的管腳數目也較多。ICE1PCS01這種新的PFC控制器，是為了降低設計費用和難度而開發(fā)的。它僅有8個管腳。此外，根據故障模式影

4、響分析(FMEA)，很多的保護電路被集成在這塊芯片中。本文將對此IC的功能進行詳細地介紹，并通過測試結果驗證了它的性能。二、芯片功能1.無直接參考正弦波傳感信號的均值電流控制傳統(tǒng)的CCMPFC結構電路如圖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電路存在兩個控制環(huán)。一個是電壓環(huán)，它被用來調整輸出電壓；另外一個是電流環(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|Vin|得到正弦輸入電流。在傳統(tǒng)的CCMPFC中，|Vin|是必不可少的，它用于產生電流控制環(huán)中的正弦波輸入電壓。這個被稱為ICE1PCS01新的PFC控制器的一個典型應用如圖2所示。它僅有8個管腳，也沒有直接饋入芯片的正弦波傳感信號。該芯片的基本原理如下所述。假設電壓環(huán)正處于工作狀態(tài)，輸出電壓保持恒定，則一個CCM升壓型PFC控制系統(tǒng)的MOSFET關斷占空比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)的目的在于調整電感電流的平均值，使得它正比于關斷占空比DOFF，從而正比于輸入電壓VIN。這個關系式可以通過前邊沿調制方式實現，如圖3所示。斜坡信號由內部的振蕩器產生，斜坡信號的幅值一方面受內部的控制信號控制，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的均值電流控制傳統(tǒng)的CCMPFC結構電路如圖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

7、控制環(huán)。一個是電壓環(huán)，它被用來調整輸出電壓；另外一個是電流環(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|Vin|得到正弦輸入電流。在傳統(tǒng)的CCMPFC中，|Vin|是必不可少的，它用于產生電流控制環(huán)中的正弦波輸入電壓。這個被稱為ICE1PCS01新的PFC控制器的一個典型應用如圖2所示。它僅有8個管腳，也沒有直接饋入芯片的正弦波傳感信號。該芯片的基本原理如下所述。假設電壓環(huán)

8、正處于工作狀態(tài)，輸出電壓保持恒定，則一個CCM升壓型PFC控制系統(tǒng)的MOSFET關斷占空比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)的目的在于調整電感電流的平均值，使得它正比于關斷占空比DOFF，從而正比于輸入電壓VIN。這個關系式可以通過前邊沿調制方式實現，如圖3所示。圖3：電流平均值控制斜坡信號由內部的振蕩器產生，斜坡信號的幅值一方面受內部的控制信號控制，但另一方面卻可以影響線輸入平均值電流的幅值。

9、2.增強動態(tài)響應由于PFC的固有屬性，PFC動態(tài)環(huán)路總是用低帶寬進行補償，目的是不對頻率為2fL波紋響應。這里fL指的是交流電源線的頻率。所以當負載突變時，調整電路不能作出快速響應，從而引起輸出電壓起落過大。為了解決這個PFC應用中的問題，在芯片中采用了增強動態(tài)響應。一旦輸出電壓超出正常值的5％，IC將跳過慢補償運算放大器，直接作用于內部非線性增益塊而影響占空比。輸出電壓能夠在一個短時間內回復到正常值。圖4所示為實現增強動態(tài)響應的控制模