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(多图) 电压临界工作模式的有源功率因数校正器的设计应用

廉士良?? 2009年01月09日 ?? 收藏0

  O 引言

  提高开关电源的功率因数,不仅可以节能,还可以减少电网的谐波污染,提高了电网的供电质量。为此,研究出多种提高功率因数的方法,其中,有源功率因数校正技术(简称APFC)就是其中的一种有效方法,它是通过在电网和电源之间串联加入功率因数校正装置,目前最常用的为单相升压前置升压变换器原理,它由专用芯片实现的,且具有高效率、电路简单、成本低廉等优点,本文介绍的低成本电压型临界工作模式APFC控制芯片FAN7530即可实现该功能。

  1 FAN7530的电路特点

  1.1 内部电路

  如图l所示,FAN7530N DIP8封装,也有SMD封装(FAN7530M),内部含有自启动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出、过压力过流欠压保护等电路。

FAN7530的原理框图

点击看原图

  1.2 FAN7530 PFC控制芯片的性能特点

  该芯片的最大特点是采用电压控制临界工作模式,其它性能特点如下:

  • 160μs的内置启动定时电路;
  • 低的THD及高的功率因数;
  • 过压、欠压、过流保护;
  • 零电流检测器;
  • CRM控制模式;
  • 工作温度低一40℃~+125℃;
  • 低启动电流(40μA)及低工作电流(1.5mA)。

  FAN7530是一个引脚简单、高性能的有源功率因数校正芯片。它是被优化的、稳定的、低功耗、高密度的电源芯片,且外围元器件少,节省了PCB布线空间。内置R/C滤波器,抗干扰能力强,对抑制轻载漂移现象增加了特殊电路。对辅助电源范围不要求,输出图腾驱动电路限制了功率MOSFET短路的危险,极大地提高了系统的可靠性。

  2 有源功率因数校正原理设计

  2.1 功率因数校正原理

  如图2所示,控制芯片采用FAN7530,功率MOSFET S1的通、断受控于FAN7530的零点流检测器,当零电流检测器中的电流降为零时,即升压二极管D1中的电流为零时,S1导通,此时的电感L开始储能,电流控制波形如图3所示,这种零电流控制模式有以下优点:

  由于储能电感中的电流为零时,S1才能导通,这样就大大减少了MOSFET的开关应力和损耗,同时对升压二极管的恢复时间没有严格的要求,另一方面免除了由于二极管恢复时间过长引起的开关损耗,增加了开关管的可靠性。

有源功率因数校正电路原理

电流控制波形

  由于开关管的驱动脉冲时间无死区,所以输入电流是连续的,并呈正弦波,这样大大提高了系统的功率因数。

  2.2 应用设计举例

  技术要求:

  • 输入电网电压范围 AC 90~265V;
  • 输出直流电压DC 400V;
  • 输出功率 150W。

  2.2.1 PFC电感的设计

公式

点击看原图

  电感的电气原理图如图4所示。

电感的电气原理图

点击看原图

  2.2.2 升压MOSFET的选择

公式

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  2.2.3 升压二极管的选择

公式

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  2.2.4 整流桥的选择

公式

点击看原图

  如图5所示FAN7530N在APFC前置变换器中的应用电路。

FAN7530N在APFC前置变换器中的应用电路

点击看原图

  3 使用FAN7530的问题及解决方法

  • PFC中的自举二极管速度越快越好;
  • 注意MOSFET的源极与地线的连接,减少谐振的发生;
  • PFC升压后高压电容的容量要够,尽量采用标准值;
  • 整流桥后的金属化薄膜电容调整可以改变谐振;
  • FAN7530的脚1和脚3之间加R/C,适当调整参数可以减少轻载不稳定;
  • FAN7530的脚1和脚2之间的电容值影响启动时间;
  • 该芯片在使用中发现,有很多优点,也有缺点。

  4 结语

  该设计经多次反复试验,PFC升压电感参数调整,及其它外围参数设计试验确定,功率MOSFET等器件的计算,已成功设计出150W升压前置变换器,并应用于适配器中。实践证明该方案是可行的,有一定的应用价值。


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功率因数校正器? FAN7530? PFC? 开关电源?

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