基于MC33262構(gòu)成的功率因數(shù)校正AFPC電路設(shè)計(jì)

文中推出的APFC系統(tǒng)采用美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的MC33262專用集成控制芯片，并使其工作于臨界導(dǎo)電模式(CRM)。

1 基于MC33262的APFC原理簡(jiǎn)介

用于實(shí)現(xiàn)APFC變換器的拓?fù)潆娐酚蠦oost變換器、反激變換器和Boost-Buck變換器等，但由于Boost電路具有：有輸入電感，可減小對(duì)輸入濾波的要求;開關(guān)器件的電壓不超過輸出電壓值;容易驅(qū)動(dòng)等特殊優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用最為廣泛，這里的設(shè)計(jì)主要基于Boost變換器。

目前，用于實(shí)現(xiàn)臨界導(dǎo)電模式的控制芯片有很多，由MC33262構(gòu)成的采用Boost變換器的APFC電路。MC33262原理框圖如圖1所示。

在圖1中，5腳是零電流檢測(cè)輸入端，接在變壓器二次側(cè)，因而檢測(cè)到的是電感電流，即外電源流入負(fù)載的電流。當(dāng)電感電流為零時(shí)，ZCD的輸出翻轉(zhuǎn)，將內(nèi)部的RS觸發(fā)器置“1”，7腳輸出高電平，使Q1導(dǎo)通。外電源通過橋式整流，使變壓器一次側(cè)和Q1導(dǎo)通，電流流過變壓器一次側(cè)，將電能儲(chǔ)存于電感中。當(dāng)電感電流增大到一定值時(shí)，Q1又關(guān)斷，這也是通過RS觸發(fā)器進(jìn)行控制的。1腳接PFC輸出電壓的分壓，該電壓經(jīng)EMP放大后，與由3腳輸入的電壓分壓值在MULT中相乘，MULT的輸出與由4腳輸入的Q1的電流比較。

當(dāng)輸入Q1的電流值大于MULT輸出的電流值時(shí)，OIC輸出電平翻轉(zhuǎn)，將RS觸發(fā)器置“0”，該電平由7腳輸出，關(guān)斷Q1。因此，MULT的輸出電流即通過Q1的電流的門限值，該門限值隨輸入電壓的變化而近似呈正弦規(guī)律變化。當(dāng)Q1關(guān)斷后，變壓器一次側(cè)的電流逐漸減小，當(dāng)此電流接近零時(shí)，又導(dǎo)致ZCD的輸出翻轉(zhuǎn)，將RS觸發(fā)器置“1”，Q1導(dǎo)通，重復(fù)以上過程。

當(dāng)負(fù)載突然關(guān)斷、啟動(dòng)或輸出端出現(xiàn)浪涌時(shí)，會(huì)出現(xiàn)輸出電壓過高的情況，這時(shí)OVC會(huì)發(fā)揮保護(hù)作用。此時(shí)，過壓保護(hù)器的輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將RS觸發(fā)器置“0”，關(guān)斷Q1。器件內(nèi)設(shè)定的比較器門限電壓為1.08 V。欠壓鎖定的作用在于監(jiān)控電源正極電壓。當(dāng)8腳的電壓Vcc低于下限值時(shí)，UVLO輸出低電平，7腳也輸出低電平，關(guān)斷Q1。定時(shí)器的作用是在電感電流下降到零時(shí)啟動(dòng)Q1。

2 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)

根據(jù)需要，設(shè)計(jì)了一個(gè)150 W PFC系統(tǒng)，其信號(hào)流程及信號(hào)波形如圖3所示。其主要參數(shù)為：交流輸入電壓范圍為175～265V;最大輸出功率為150 W，若Boost電路的提升電壓為400 V，則額定直流電流為375 mA;若轉(zhuǎn)換效率為η=90%，則額定輸入功率Pin=P0/η=167 W;最小開關(guān)頻率選為fmin=25 kHz;輸入偏移因子IDF=0.98;最大紋波峰一峰值為8 V。

3 電路主要參數(shù)的計(jì)算

3.1 電感L的計(jì)算

最低工作頻率條件下所需的電感值可通過式(1)求得：

式中：Vin為穩(wěn)壓輸人峰值電壓最大值;Pin為輸入功率最大值;fmin為開關(guān)頻率最小值。將主要參數(shù)代入式(1)得：

L=544μH，在該設(shè)計(jì)中取L=550μH。

3.2 輸入濾波電容的設(shè)計(jì)

輸入濾波電容的主要作用是濾除輸入端的高頻噪音，其容量很小。但如果其取值太小，很難較好地濾除輸入的高頻噪音，另一方面其取值又不能太大，否則會(huì)引起較大的輸入電壓偏移。

3.2.1 輸入濾波電容的下限值

輸入濾波電容的下限值由輸入濾波電容的最大紋波電壓決定，可用式(2)計(jì)算：

式中：△Vcin(max)為濾波電容的最大紋波電壓，一般情況下，該值可取小于最低輸入電壓峰值的5%。將主要參數(shù)代入式(2)得：

3.2.2 輸入濾波電容的下限值

輸入濾波電容的上限值由輸入偏移因子IDF決定，可用下式計(jì)算：

輸出電容的選擇不但要考慮容值，還要考慮電壓應(yīng)力，由于電路的響應(yīng)速度較慢，當(dāng)負(fù)載突然變輕時(shí)，可能會(huì)引起輸出電壓的過沖現(xiàn)象，考慮到一定裕量，它的耐壓可按大于輸出過壓保護(hù)點(diǎn)1.1VOVP來選取。在該電路設(shè)計(jì)中選擇Co=220μF，耐壓為450 V的電解電容。

3.4 功率開關(guān)管和輸出二極管的選擇

功率開關(guān)管與輸出二極管的電流應(yīng)力和電壓應(yīng)力都相同，下面分別計(jì)算兩者的電流應(yīng)力和電壓應(yīng)力。開關(guān)管和二極管的最大峰值電流：

開關(guān)管和輸出二極管的電壓應(yīng)力需考慮輸出過壓保護(hù)點(diǎn)，因此其最大電壓為：

在該電路設(shè)計(jì)中，選擇功率場(chǎng)效應(yīng)管IRF84.0作為開關(guān)管，其耐壓為500 V，最大電流為8 A;選擇快速恢復(fù)二極管MURl560作為輸出二極管，其耐壓為600 V，最大電流為15 A。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見圖4～圖7)顯示該AC/DC變換器在較寬廣的輸入電壓范圍下獲得高度穩(wěn)定的直流電壓400 V輸出;紋波峰一峰值在8 V以下;輸出額定功率達(dá)150 W;滿載下效率η=95%;功率因數(shù)λ≥0.99;輸入電流總諧波畸變D6%。目前，這種具有APFC電路的控制器已應(yīng)用于電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)品中。

5 結(jié) 語

由MC33262構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路外圍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路元器件少，電路的體積和成本下降，提高了系統(tǒng)的可靠性。目前，這種APFC技術(shù)已經(jīng)在開關(guān)電源、電子鎮(zhèn)流器等諸多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。該APFC電路采用峰值電流控制方式，屬于準(zhǔn)連續(xù)電流模式，MOS-FET開關(guān)頻率很高，這對(duì)EMI濾波電路的設(shè)計(jì)有較高的要求。不過該系列芯片與其他采用連續(xù)模式的APFC芯片相比有著較高的性價(jià)比，值得做進(jìn)一步完善研究。