一种新颖的电流连续模式功率因数校正电路的研究

一种新颖的电流连续模式功率因数校正电路的研究 摘要：介绍了一种固定关断时间控制的功率因数校正电路，它的主要特点是通过外部简单电路来控制开关管的关断时间，从而实现了固定关断时间，这样可以提高输出功率等级。实验表明：这种控制方法实现了固定关断时间控制。 关键词：固定关断时间；功率因数校正；电流连续模式 　 　 0    引言     目前以Boost为主电路的PFC电路的控制方法有两种，即固定频率PWM（CCM）和临界导通PWM（DCM）。对于相同的输出功率等级来说，DCMPFC电路中的峰值电流要比CCMPFC电路中的峰值电流大。一般说来，对于小功率PFC电路，采用DCM的控制方法；对于大功率PFC电路，则采用CCM的控制方法；对于中间功率，则希望电路根据输入电压和负载工作在CCM或DCM，这样就可以提高电路的效率。     本文介绍了一种固定关断时间，开通时间可以调整的功率因数校正电路，它的控制方法被称为固定关断时间控制(Fixed-off-time-control)。本文以L6562芯片为核心，增加少量的无源器件，实现了关断时间固定的目的，并以这种固定关断时间的控制方法制作了一台350W的PFC电路原理样机，进行了理论分析，给出了实验波形。 1    工作原理     固定关断时间控制的电路图如图1所示。如果一种控制芯片的工作频率可以自动调整，另外，它的某个管脚有一个高的钳位电压（Vclamp）和一个低的触发电压（Vtrigger），再利用芯片的PWM信号就可以实现固定关断时间控制。我们把具有这样特性的管脚定义为管脚A，输出PWM信号的管脚定义为管脚B。下面介绍这种固定关断时间控制方法的工作原理。 (a)    电路 (b)    时序图 图1    固定关断时间实现电路和相应的时序图     当管脚B输出高电平时，二级管D就正向导通，通过R1快速给电容C2充电，因为管脚A有一个钳位电压，所以电容C2就会被钳在管脚A的钳位电压；当管脚B输出低电平时，二级管D就反向阻断，此时电容C2就通过R2放电，一直到电容C2上的电压等于管脚A的触发电压时，管脚B就会由低电平变为高电平，电容C2将重新被充电至     管脚A的钳位电压。根据上面的分析，开关管的关断时间就由电容C2和电阻R2来确定，因此，只要电容C2和电阻R2的大小确定，那么电容C2的放电时间也就确定，也就是开关管的关断时间就确定了，这样就可以控制关断时间。 2    参数设计     这种新颖的功率因数校正电路如图2所示。其主要参数如下：     输入电压    AC 90～265V；     频率    47～63Hz；     输出电压    400V；     输出最大功率    350W；     最大开关工作频率    fmax=100kHz。 图2    主电路图 2.1    确定所需要的关断时间toff     toff=（1） 2.2    确定R2及C2     选取一个大概几百pF的电容C2，然后就可以确定电阻R2     R2=（2） 2.3    确定R1电阻R1必须满足式（3）。     <R1<R2（3） 式中：VB为门极驱动电压；       VBmax为最大的门极驱动电压；       Vclamp为管脚A的钳位电压；       VF为二级管正向导通时的压降；       IA为芯片的钳位电流。 2.4    C1的选取     为了使芯片能够承受相应的过应力，电容C1必须满足式（4）。     C1<C2（4）     根据上面的公式，可以确定所需的参数：     R1=2.2kΩ；C1=220pF；R2=3.9kΩ；C2=560pF 3    实验结果     本文以L6562为核心设计了一种固定关断时间的新颖PFC电路，它的主要特点就是固定了MOSFET的关断时间。在这种控制方法下，当输入电压过零点附近时电路以DCM模式工作，在输入电压峰值附近时电路以CCM模式工作。实验证明实现了固定关断时间控制。图3和图4分别给出了在电压过零和峰值附近时的PWM驱动信号波形；图5和图6分别给出了输出满载时，在输入电压为115V和230V时的电感电流波形；图7和图8分别给出了输出满载时，在输入电压为115V和230V时的输入电流波形。实验结果表明，在整个输入电压范围之内，实现了固定关断时间控制。 图3    电压过零时驱动信号 图4    电压峰值时驱动信号 图5    电感电流波形（Vin=115V） 图6    电感电流波形（Vin=230V） 图7    输入电流波形（Vin=115V） 图8    输入电流波形（Vin=230V） 4    结语     以L6562为核心设计的固定关断时间的PFC电路，经过相应的参数设计，实现了关断时间的固定控制。对于中间功率PFC电路，采用这种固定关断时间控制方法，可以降低电路的损耗，提高电路的效率；另外这种控制方式简单，成本低。因此，这种新颖的控制方法实现了低成本，高效率。