一種新穎的電流連續(xù)模式功率因數(shù)校正電路的研究

一種新穎的電流連續(xù)模式功率因數(shù)校正電路的研究

摘要：介紹了一種固定關(guān)斷時(shí)間控制的功率因數(shù)校正電路，它的主要特點(diǎn)是通過外部簡單電路來控制開關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)了固定關(guān)斷時(shí)間，這樣可以提高輸出功率等級。實(shí)驗(yàn)表明：這種控制方法實(shí)現(xiàn)了固定關(guān)斷時(shí)間控制。

關(guān)鍵詞：固定關(guān)斷時(shí)間；功率因數(shù)校正；電流連續(xù)模式

0??? 引言

??? 目前以Boost為主電路的PFC電路的控制方法有兩種，即固定頻率PWM（CCM）和臨界導(dǎo)通PWM（DCM）。對于相同的輸出功率等級來說，DCMPFC電路中的峰值電流要比CCMPFC電路中的峰值電流大。一般說來，對于小功率PFC電路，采用DCM的控制方法；對于大功率PFC電路，則采用CCM的控制方法；對于中間功率，則希望電路根據(jù)輸入電壓和負(fù)載工作在CCM或DCM，這樣就可以提高電路的效率。

??? 本文介紹了一種固定關(guān)斷時(shí)間，開通時(shí)間可以調(diào)整的功率因數(shù)校正電路，它的控制方法被稱為固定關(guān)斷時(shí)間控制(Fixed-off-time-control)。本文以L6562芯片為核心，增加少量的無源器件，實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷時(shí)間固定的目的，并以這種固定關(guān)斷時(shí)間的控制方法制作了一臺350W的PFC電路原理樣機(jī)，進(jìn)行了理論分析，給出了實(shí)驗(yàn)波形。

1??? 工作原理

??? 固定關(guān)斷時(shí)間控制的電路圖如圖1所示。如果一種控制芯片的工作頻率可以自動(dòng)調(diào)整，另外，它的某個(gè)管腳有一個(gè)高的鉗位電壓（V_clamp）和一個(gè)低的觸發(fā)電壓（V_trigger），再利用芯片的PWM信號就可以實(shí)現(xiàn)固定關(guān)斷時(shí)間控制。我們把具有這樣特性的管腳定義為管腳A，輸出PWM信號的管腳定義為管腳B。下面介紹這種固定關(guān)斷時(shí)間控制方法的工作原理。

(a)??? 電路

(b)??? 時(shí)序圖

圖1??? 固定關(guān)斷時(shí)間實(shí)現(xiàn)電路和相應(yīng)的時(shí)序圖

??? 當(dāng)管腳B輸出高電平時(shí)，二級管D就正向?qū)ǎㄟ^R₁快速給電容C₂充電，因?yàn)楣苣_A有一個(gè)鉗位電壓，所以電容C₂就會被鉗在管腳A的鉗位電壓；當(dāng)管腳B輸出低電平時(shí)，二級管D就反向阻斷，此時(shí)電容C₂就通過R₂放電，一直到電容C₂上的電壓等于管腳A的觸發(fā)電壓時(shí)，管腳B就會由低電平變?yōu)楦唠娖?，電?I>C₂將重新被充電至

??? 管腳A的鉗位電壓。根據(jù)上面的分析，開關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間就由電容C₂和電阻R₂來確定，因此，只要電容C₂和電阻R₂的大小確定，那么電容C₂的放電時(shí)間也就確定，也就是開關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間就確定了，這樣就可以控制關(guān)斷時(shí)間。

2??? 參數(shù)設(shè)計(jì)

??? 這種新穎的功率因數(shù)校正電路如圖2所示。其主要參數(shù)如下：

??? 輸入電壓??? AC 90～265V；

??? 頻率??? 47～63Hz；

??? 輸出電壓??? 400V；

??? 輸出最大功率??? 350W；

??? 最大開關(guān)工作頻率??? f_max=100kHz。

圖2??? 主電路圖

2.1??? 確定所需要的關(guān)斷時(shí)間t_off

??? t_off=（1）

2.2??? 確定R₂及C₂

??? 選取一個(gè)大概幾百pF的電容C₂，然后就可以確定電阻R₂

??? R₂=（2）

2.3??? 確定R₁電阻R₁必須滿足式（3）。

??? <R₁<R₂（3）

式中：V_B為門極驅(qū)動(dòng)電壓；

????? V_Bmax為最大的門極驅(qū)動(dòng)電壓；

????? V_clamp為管腳A的鉗位電壓；

????? V_F為二級管正向?qū)〞r(shí)的壓降；

????? I_A為芯片的鉗位電流。

2.4??? C₁的選取

??? 為了使芯片能夠承受相應(yīng)的過應(yīng)力，電容C₁必須滿足式（4）。

??? C₁<C₂（4）

??? 根據(jù)上面的公式，可以確定所需的參數(shù)：

??? R₁=2.2kΩ；C₁=220pF；R₂=3.9kΩ；C₂=560pF

3??? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

??? 本文以L6562為核心設(shè)計(jì)了一種固定關(guān)斷時(shí)間的新穎PFC電路，它的主要特點(diǎn)就是固定了MOSFET的關(guān)斷時(shí)間。在這種控制方法下，當(dāng)輸入電壓過零點(diǎn)附近時(shí)電路以DCM模式工作，在輸入電壓峰值附近時(shí)電路以CCM模式工作。實(shí)驗(yàn)證明實(shí)現(xiàn)了固定關(guān)斷時(shí)間控制。圖3和圖4分別給出了在電壓過零和峰值附近時(shí)的PWM驅(qū)動(dòng)信號波形；圖5和圖6分別給出了輸出滿載時(shí)，在輸入電壓為115V和230V時(shí)的電感電流波形；圖7和圖8分別給出了輸出滿載時(shí)，在輸入電壓為115V和230V時(shí)的輸入電流波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在整個(gè)輸入電壓范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了固定關(guān)斷時(shí)間控制。

圖3??? 電壓過零時(shí)驅(qū)動(dòng)信號

圖4??? 電壓峰值時(shí)驅(qū)動(dòng)信號

圖5??? 電感電流波形（V_in=115V）

圖6??? 電感電流波形（V_in=230V）

圖7??? 輸入電流波形（V_in=115V）

圖8??? 輸入電流波形（V_in=230V）

4??? 結(jié)語

??? 以L6562為核心設(shè)計(jì)的固定關(guān)斷時(shí)間的PFC電路，經(jīng)過相應(yīng)的參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷時(shí)間的固定控制。對于中間功率PFC電路，采用這種固定關(guān)斷時(shí)間控制方法，可以降低電路的損耗，提高電路的效率；另外這種控制方式簡單，成本低。因此，這種新穎的控制方法實(shí)現(xiàn)了低成本，高效率。