電壓臨界工作模式的有源功率因數(shù)校正器的設(shè)計(jì)應(yīng)用

O 引言
    提高開關(guān)電源的功率因數(shù)，不僅可以節(jié)能，還可以減少電網(wǎng)的諧波污染，提高了電網(wǎng)的供電質(zhì)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(shù)(簡(jiǎn)稱APFC)就是其中的一種有效方法，它是通過(guò)在電網(wǎng)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(shí)現(xiàn)的，且具有高效率、電路簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)該功能。

1 FAN7530的電路特點(diǎn)
1．1 內(nèi)部電路
    如圖l所示，F(xiàn)AN7530N DIP8封裝，也有SMD封裝(FAN7530M)，內(nèi)部含有自啟動(dòng)定時(shí)器、正交倍增器、零電流檢測(cè)器、圖騰柱驅(qū)動(dòng)輸出、過(guò)壓力過(guò)流欠壓保護(hù)等電路。

1．2 FAN7530 PFC控制芯片的性能特點(diǎn)
    該芯片的最大特點(diǎn)是采用電壓控制臨界工作模式，其它性能特點(diǎn)如下：
    160μs的內(nèi)置啟動(dòng)定時(shí)電路；
    低的THD及高的功率因數(shù)；
    過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù)；
    零電流檢測(cè)器；
    CRM控制模式；
    工作溫度低一40℃～+125℃；
    低啟動(dòng)電流(40μA)及低工作電流(1．5mA)。
    FAN7530是一個(gè)引腳簡(jiǎn)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(nèi)置R／C濾波器，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)抑制輕載漂移現(xiàn)象增加了特殊電路。對(duì)輔助電源范圍不要求，輸出圖騰驅(qū)動(dòng)電路限制了功率MOSFET短路的危險(xiǎn)，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(shè)計(jì)
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(diǎn)流檢測(cè)器，當(dāng)零電流檢測(cè)器中的電流降為零時(shí)，即升壓二極管D1中的電流為零時(shí)，S1導(dǎo)通，此時(shí)的電感L開始儲(chǔ)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(diǎn)：

    由于儲(chǔ)能電感中的電流為零時(shí)，S1才能導(dǎo)通，這樣就大大減少了MOSFET的開關(guān)應(yīng)力和損耗，同時(shí)對(duì)升壓二極管的恢復(fù)時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格的要求，另一方面免除了由于二極管恢復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的開關(guān)損耗，增加了開關(guān)管的可靠性。
    由于開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)間無(wú)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(yīng)用設(shè)計(jì)舉例
    技術(shù)要求：
    輸入電網(wǎng)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(shè)計(jì)
   
    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(yīng)用電路。

3 使用FAN7530的問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)值；
    整流橋后的金屬化薄膜電容調(diào)整可以改變諧振；
    FAN7530的腳1和腳3之間加R/C，適當(dāng)調(diào)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(dòng)時(shí)間；
    該芯片在使用中發(fā)現(xiàn)，有很多優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)
    該設(shè)計(jì)經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn)，PFC升壓電感參數(shù)調(diào)整，及其它外圍參數(shù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)確定，功率MOSFET等器件的計(jì)算，已成功設(shè)計(jì)出150W升壓前置變換器，并應(yīng)用于適配器中。實(shí)踐證明該方案是可行的，有一定的應(yīng)用價(jià)值。