NCP1650型功率因數(shù)校正器的應(yīng)用及電路設(shè)計(jì)

摘要：首先介紹了NCP1650型功率因數(shù)校正集成電路的典型應(yīng)用，然后重點(diǎn)闡述其電路設(shè)計(jì)及外部功能擴(kuò)展方法。關(guān)鍵詞：功率因數(shù)校正器；應(yīng)用；電路設(shè)計(jì)；擴(kuò)展Application andCircuitDesignofNCP1650PowerFactorCorrectorSHAZhanyou,WANGYan peng,WANGXiaojunAbstract:AtfirstthetypicalapplicationofNCP1650type powerfactorcorrectionICisintrodued.Thenitscircuitdesignandtheexternal functionexpansionmethodareexplainedindetail.Keywords:Powerfactorcorrector； Application；Circuitdesign；Expansion中圖分類號(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0219－2713(2002)10－0547－03

1典型應(yīng)用電路

NCP1650可構(gòu)成100W～1kW的功率因數(shù)校正器，其外圍電路簡單而性能優(yōu)良，功率因數(shù)可達(dá)0.95～0.99。

NCP1650型功率因數(shù)校正器的典型應(yīng)用電路如圖1所示，該電路的輸入交流電壓u=85～265V，最大輸入功率PIM=1053W，最大輸出功率POM=1000W，額定直流輸出電壓UO=＋400V，功率因數(shù)λ=0.95。啟動(dòng)限幅器可任選一種箝位保護(hù)電路。u經(jīng)過橋式整流后分作兩路，一路通過電阻分壓器R4和R5，給ACIN端提供全波整流電壓u1；另一路作為線電壓uL，接啟動(dòng)限幅器，再經(jīng)過電感器L和整流濾波電路，輸出直流電壓UO。UO又經(jīng)過R9、R10分壓后，給FB／SD端提供反饋電壓UFB。利用下式可以計(jì)算輸出電壓的額定值UO=（1＋）UFB（1）已知UFB=4.0V，取R9=360kΩ、R10=3.6kΩ時(shí)，利用式（1）計(jì)算出，UO≈400V。要求UO的額定值必須大于最高交流電壓的峰值，即UO>umax。當(dāng)u=

umax=265V時(shí)，其峰值電壓umax≈375V。由于UO>375V，因此可保證在規(guī)定輸入交流電壓范圍內(nèi)對(duì)功率因數(shù)的校正。
R1和C3為直流誤差放大器的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。R2、C4構(gòu)成功率誤差放大器的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。R3用于限制最大輸入功率PIM值。C5為腳9的濾波電容，可濾除紋波。C6與C7分別為AC IN端、ACREF端的濾波電容。R6和C8為交流誤差放大器的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，C8還兼作軟啟動(dòng)電容。R7是鋸齒波補(bǔ)償電阻。C9為振蕩器的定時(shí)電容。R8和C11分別是電流檢測放大器的電流定標(biāo)電阻、濾波電容。RS為檢測線電流及電感器瞬態(tài)感應(yīng)電流的取樣電阻。

圖1中的電感器L亦可改成高頻變壓器，將二次繞組電壓進(jìn)行整流濾波后，可為NCP1650提供電源電壓UCC，其典型值為14V。

2功率因數(shù)校正器的電路設(shè)計(jì)

下面就以圖1所示的電路為例，介紹功率因數(shù)校正器的電路設(shè)計(jì)?，F(xiàn)規(guī)定設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：umin=85V，umax=265V，f=100kHz，UO=400V，最大輸出功率POM=1kW。要求開關(guān)紋波電流與線電流的百分比為30％。

2.1計(jì)算電感器L

計(jì)算公式為L=·（2）

利用式（2）不難算出，當(dāng)u=umin=85V時(shí)，L=84μH。當(dāng)u=umax=265V時(shí)，L=176μH。應(yīng)根據(jù)實(shí)際電壓范圍來確定合適的電感量。

盡管L的電感量很小，但所通過的線電流很大。最大峰值線電流由下式?jīng)Q定iL(max)=（ 3）

最大峰值電流出現(xiàn)在低壓供電（u=umin）和滿負(fù)荷的情況下。此時(shí)iL(max)=16.6A，電感器中的有效值電流為11.8A。這些數(shù)據(jù)可供選擇電感器線徑時(shí)參考。

2.2計(jì)算交流分壓器最大線電壓的峰值為uL=umax，uL經(jīng)過R4、R5分壓后得到u1，加至腳5上。令交流分壓比為kac，有關(guān)系式u1(max)=kacuL=·umax=3.75(V)（4）

R5、R4采用0.5W的金屬膜電阻，實(shí)際功率可按0.25W進(jìn)行估算，即PR4=〔umax－u1(max)〕 2／R4

=(375－3.75）2／R4=0.25W

從中解出R4=551kΩ，實(shí)選560kΩ標(biāo)稱電阻。再把R4代入式（4）中求出，R5=5.6kΩ。

2.3計(jì)算線電流檢測電阻RS

計(jì)算公式為RS=0.25（5）

式中：tON——MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間，已知開關(guān)周期T=1／f=10μs，利用下式可計(jì)算tON=T（ 6）

η——電源效率（％）。

2.4計(jì)算鋸齒波補(bǔ)償電阻R7

為降低分布電感量，R7應(yīng)采用非線繞電阻。其電阻值由下式確定R7=（7）

2.5確定電流定標(biāo)電阻R8及濾波電容C11

電阻R8能限制輸入到交流誤差放大器的最大平均值電流，使之在低電壓、滿負(fù)荷情況下仍低于4.5V。設(shè)PFC的額定輸入功率為PI，計(jì)算R8的公式為R8=（8）

C11為電流檢測放大器的濾波電容，該濾波器的極點(diǎn)頻率由下式確定：

f1=10.5／C11（9）

式中：C11的單位是nF，f1的單位是kHz。當(dāng)開關(guān)頻率為100kHz，電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，可選f1=10kHz。代入式（9）中計(jì)算出，C11=1nF。

2.6設(shè)定最大輸入功率PIM

PFC的最大輸入功率由R3來設(shè)定，二者存在下述關(guān)系式PIM=（10）

式中：US為功率誤差放大器的參考電壓，US=

2.5V。

2.7計(jì)算交流誤差放大器頻率補(bǔ)償元件R6和C8

交流誤差放大器的跨導(dǎo)gm=100μS（S為西門子），由R6、C8組成的串聯(lián)電路就相當(dāng)于負(fù)載。計(jì)算R6、C8的公式分別為R6=(11)C8=(12)

3外部功能擴(kuò)展方法

3.1掉電控制電路

外部掉電控制電路如圖2所示。新增加的元器件包括晶體管VT、電阻R11和R12。UK為控制電壓。該電路的工作特點(diǎn)是當(dāng)UK=0V時(shí)，VT截止，功率因數(shù)校正器能正常工作。當(dāng)UK=5V時(shí)，VT導(dǎo)通，就將FB／SD端拉成0V，強(qiáng)迫芯片進(jìn)入掉電保護(hù)狀態(tài)。圖中的VT采用2N3904型 NPN管，亦可用JE9013來代替。

3.2附加軟啟動(dòng)電路

圖1所示電路的軟啟動(dòng)時(shí)間僅為560μs。若需增加軟啟動(dòng)時(shí)間，可按圖3給出的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。新增加的元器件包括JE9015型PNP晶體管VT、軟啟動(dòng)電容C12、1N4148型高速開關(guān)二極管VD和電阻R13。此時(shí)可忽略R6、C8的作用。剛上電時(shí)，由于C12兩端電壓不能突變，使得UA=0V，VT導(dǎo)通，經(jīng)過ACCOMP引腳把交流誤差電壓拉成0V，PFC無電流輸出。此后，6.5V基準(zhǔn)電壓就經(jīng)過R13對(duì)C12進(jìn)行充電，使UA不斷升高，電路就逐漸轉(zhuǎn)入正常輸出狀態(tài)。VD的作用是在斷電后為C12上存儲(chǔ)的電荷提供泄放回路，確保再次開機(jī)時(shí)還能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能。