MC34262系列PFC控制芯片的應(yīng)用研究

關(guān)鍵詞：有源功率因數(shù)校正；MC34262

引言
從220V交流電網(wǎng)經(jīng)整流供給直流是電力電子技術(shù)及電子儀器中應(yīng)用極為廣泛的一種基本變流方案，但因?yàn)檎髌魇且环N非線性元件和儲能元件的組合，使得這種非控整流電路的輸入電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變，呈脈沖狀。脈沖狀的輸入電流含有大量諧波電流，一方面對電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，另一方面使輸入電路功率因數(shù)下降。為了提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量和可靠性，同時(shí)也為了提高功率因數(shù)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能，需采取有效的技術(shù)措施減少輸入端諧波分量。
提高功率因數(shù)的方法主要有兩種：一種是無源功率因數(shù)校正法，在整流器和電容之間串聯(lián)一個(gè)濾波電感，或在交流側(cè)接入諧振濾波器，來擴(kuò)大輸入電流的導(dǎo)通角；另一種是有源功率因數(shù)校正(APFC)法，在整流器和負(fù)載之間接一個(gè)DC—DC變換器，應(yīng)用電流反饋技術(shù)，使輸入端電流Ii波形跟蹤交流輸入正弦波形，從而把功率因數(shù)提高到0.99或更高。其中，單相boost電路因具有電路簡單、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，而得到廣泛應(yīng)用。有源功率因數(shù)校正控制芯片種類繁多，有平均電流控制法、峰值電流控制法、電流滯環(huán)控制法等。本文介紹峰值電流控制模式的功率因數(shù)校正控制芯片MC34262，同時(shí)分析它在功率因數(shù)校正電路中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

MC34262系列PFC控制芯片的性能和特點(diǎn)
MC34262是美國Motorola公司生產(chǎn)的一種高性能、臨界導(dǎo)通、電流型功率因數(shù)控制器，主要用于離線式有源前置變換器中。芯片采用8腳雙列直插和表面貼裝兩種封裝形式。MC34262的內(nèi)部電路框見圖1，主要包括：乘法器、零電流檢測電路、電流比較放大器、低頻反饋放大器、基準(zhǔn)電壓、過壓保護(hù)電路和欠電壓鎖定電路。MC34262芯片主要有以下兩大特點(diǎn)：
采用乘法器控制
單象限、雙輸入乘法器是功率因數(shù)控制器的關(guān)鍵元件，交流市電經(jīng)全波整流后的直流電壓經(jīng)電阻分壓后，通過引腳3加到乘法器的一個(gè)輸入端，由引腳2監(jiān)測的誤差放大器輸出電壓加到乘法器的另一個(gè)輸入端，3腳電壓在0~3.2V間，2腳電壓在2.0~3.75V間，乘法器的傳輸曲線為線性。3腳功能是與電網(wǎng)電壓同步，同時(shí)使電感電流(或者輸入電流)跟蹤輸入電網(wǎng)波形，以達(dá)到同步和使輸入電流達(dá)到正弦波。3腳正弦波輸入與2腳直流反饋經(jīng)放大后的直流信號輸入乘法器，乘法器輸出也是正弦波，但它的幅度受控于直流反饋，以達(dá)到PFC電路輸出電壓的穩(wěn)定。
如圖2所示，正弦波交流電壓從零升至峰值電壓時(shí)，乘法器的輸出電壓控制著電流取樣比較器的閾值電壓。這樣可使MOSFET導(dǎo)通時(shí)間跟隨輸入市電電壓，最終使前置變換器負(fù)載對交流市電呈現(xiàn)電阻性。
采用零電流檢測器
MC34262是一種臨界導(dǎo)通電流型控制器，輸出開關(guān)開始導(dǎo)通由零電流檢測器控制，同時(shí)，當(dāng)峰值電感電流達(dá)到由乘法器輸出設(shè)定的門限值時(shí)，輸出開始停止導(dǎo)通，當(dāng)電感電流為零時(shí)，零電流檢測器通過RS鎖存器置“1”使輸出開始再次導(dǎo)通。這樣臨界導(dǎo)通工作有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，由于MOSFET在電感電流為零時(shí)才導(dǎo)通，從而使MOSFET開通損耗和輸出整流管關(guān)斷損耗大大減少，對二極管的反向恢復(fù)時(shí)間沒有嚴(yán)格要求，因此，可以采用一個(gè)相對廉價(jià)的輸出整流元件；第二，由于各周期沒有死區(qū)，電源電流是臨界連續(xù)的，因此，峰值開關(guān)電流可限制在平均輸入電流的兩倍。

MC34262控制芯片實(shí)際應(yīng)用要點(diǎn)
MC34262的實(shí)際應(yīng)用電路見圖3，該電路的主要設(shè)計(jì)要求如下：
1. 輸入電壓范圍 AC90V~264V
2. 輸出電壓 DC400V
3. 輸出功率 250W
根據(jù)上述要求，計(jì)算出APFC主要元件參數(shù)。
電感 L中的峰值電流

式中，P0為輸出功率；η為變換器效率，取0.92；VAC(LL)為最低輸入電壓。
考慮到開關(guān)管的耐壓應(yīng)降額75%使用，若升壓變換器的輸出電壓為400V，則應(yīng)選用至少500V開關(guān)管，實(shí)際選用600V。電流的取值應(yīng)大于峰值電感電流，實(shí)際選用20A。在電路中，C5的功能主要為濾波，使整流后的脈動(dòng)電壓平滑。
電感 L

t為開關(guān)脈沖周期，取t=10μS，則

R1及R2的計(jì)算

Vref 為輸出誤差放大器基準(zhǔn)電壓，取2.5V。令R2=1.1M，則R1≈7K。
電流檢測電阻R7的計(jì)算

當(dāng)輸入電壓為90VAC~264VAC時(shí)，Vcs為1V，且必須小于1.4V，則

R3及R5計(jì)算
VM =
VM為乘法器輸入電壓。在輸入電壓為264VAC時(shí)，令VM=3V，R5=1.2MΩ，則R3=10K。

結(jié)語
本實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用MC34262PFC控制芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)250W的功率因數(shù)校正電路，由于系統(tǒng)采用了零電流控制模式，故大大減少了開關(guān)的應(yīng)力和損耗，同時(shí)對整流二極管的選取沒有嚴(yán)格要求。此外該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，工作穩(wěn)定可靠，價(jià)格便宜，在中小功率APFC中有著廣泛的應(yīng)用前景。■

參考文獻(xiàn)
1 張占松,蔡宣三.《開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)》.電子工業(yè)出版社著.