電壓臨界工作模式的有源功率因數(shù)校正器的設計應用
提高開關電源的功率因數(shù)，不僅可以節(jié)能，還可以減少電網的諧波污染，提高了電網的供電質量。為此，研究出多種提高功率因數(shù)的方法，其中，有源功率因數(shù)校正技術(簡稱APFC)就是其中的一種有效方法，它是通過在電網和電源之間串聯(lián)加入功率因數(shù)校正裝置，目前最常用的為單相升壓前置升壓變換器原理，它由專用芯片實現(xiàn)的，且具有高效率、電路簡單、成本低廉等優(yōu)點，本文介紹的低成本電壓型臨界工作模式APFC控制芯片F(xiàn)AN7530即可實現(xiàn)該功能。
1 FAN7530的電路特點
1．1 內部電路
如圖l所示，F(xiàn)AN7530N DIP8封裝，也有SMD封裝(FAN7530M)，內部含有自啟動定時器、正交倍增器、零電流檢測器、圖騰柱驅動輸出、過壓力過流欠壓保護等電路。
1．2 FAN7530 PFC控制芯片的性能特點
該芯片的最大特點是采用電壓控制臨界工作模式，其它性能特點如下：
160μs的內置啟動定時電路；
低的THD及高的功率因數(shù)；
過壓、欠壓、過流保護；
零電流檢測器；
CRM控制模式；
工作溫度低一40℃～+125℃；
低啟動電流(40μA)及低工作電流(1．5mA)。
FAN7530是一個引腳簡單、高性能的有源功率因數(shù)校正芯片。它是被優(yōu)化的、穩(wěn)定的、低功耗、高密度的電源芯片，且外圍元器件少，節(jié)省了PCB布線空間。內置R／C濾波器，抗干擾能力強，對抑制輕載漂移現(xiàn)象增加了特殊電路。對輔助電源范圍不要求，輸出圖騰驅動電路限制了功率MOSFET短路的危險，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。
2 有源功率因數(shù)校正原理設計
2．1 功率因數(shù)校正原理
如圖2所示，控制芯片采用FAN7530，功率MOSFET S1的通、斷受控于FAN7530的零點流檢測器，當零電流檢測器中的電流降為零時，即升壓二極管D1中的電流為零時，S1導通，此時的電感L開始儲能，電流控制波形如圖3所示，這種零電流控制模式有以下優(yōu)點：
由于儲能電感中的電流為零時，S1才能導通，這樣就大大減少了MOSFET的開關應力和損耗，同時對升壓二極管的恢復時間沒有嚴格的要求，另一方面免除了由于二極管恢復時間過長引起的開關損耗，增加了開關管的可靠性。
由于開關管的驅動脈沖時間無死區(qū)，所以輸入電流是連續(xù)的，并呈正弦波，這樣大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。
2．2 應用設計舉例
技術要求：
輸入電網電壓范圍 AC 90～265V；
輸出直流電壓DC 400V；
輸出功率 150W。
2．2．1 PFC電感的設計
電感的電氣原理圖如圖4所示。
2．2．2 升壓MOSFET的選擇
2．2．3 升壓二極管的選擇
2．2．4 整流橋的選擇
如圖5所示FAN7530N在APFC前置變換器中的應用電路。
3 使用FAN7530的問題及解決方法
PFC中的自舉二極管速度越快越好；
注意MOSFET的源極與地線的連接，減少諧振的發(fā)生；
PFC升壓后高壓電容的容量要夠，盡量采用標準值；
整流橋后的金屬化薄膜電容調整可以改變諧振；
FAN7530的腳1和腳3之間加R/C，適當調整參數(shù)可以減少輕載不穩(wěn)定；
FAN7530的腳1和腳2之間的電容值影響啟動時間；
該芯片在使用中發(fā)現(xiàn)，有很多優(yōu)點，也有缺點。
4 結語
該設計經多次反復試驗，PFC升壓電感參數(shù)調整，及其它外圍參數(shù)設計試驗確定，功率MOSFET等器件的計算，已成功設計出150W升壓前置變換器，并應用于適配器中。實踐證明該方案是可行的，有一定的應用價值。
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