電壓臨界工作模式的有源功率因數(shù)校正原理設(shè)計

　提高開關(guān)電源的功率因數(shù)，不僅可以節(jié)能，還可以減少電網(wǎng)的諧波污染，提高了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。為此，研究出多種提高功率因數(shù)的方法，其中，有源功率因數(shù)校正技術(shù)(簡稱APFC)就是其中的一種有效方法，它是通過在電網(wǎng)和電源之間串聯(lián)加入功率因數(shù)校正裝置，目前最常用的為單相升壓前置升壓變換器原理，它由專用芯片實現(xiàn)的，且具有高效率、電路簡單、成本低廉等優(yōu)點，本文介紹的低成本電壓型臨界工作模式APFC控制芯片FAN7530即可實現(xiàn)該功能。

　　1 FAN7530的電路特點

　　1．1 內(nèi)部電路

　　如圖l所示，F(xiàn)AN7530N DIP8封裝，也有SMD封裝(FAN7530M)，內(nèi)部含有自啟動定時器、正交倍增器、零電流檢測器、圖騰柱驅(qū)動輸出、過壓力過流欠壓保護等電路。

　　1．2 FAN7530 PFC控制芯片的性能特點

　　該芯片的最大特點是采用電壓控制臨界工作模式，其它性能特點如下：

　　160μs的內(nèi)置啟動定時電路；

　　低的THD及高的功率因數(shù)；

　　過壓、欠壓、過流保護；
　2．1 功率因數(shù)校正原理

　　如圖2所示，控制芯片采用FAN7530，功率MOSFET S1的通、斷受控于FAN7530的零點流檢測器，當(dāng)零電流檢測器中的電流降為零時，即升壓二極管D1中的電流為零時，S1導(dǎo)通，此時的電感L開始儲能，電流控制波形如圖3所示，這種零電流控制模式有以下優(yōu)點：

　　由于儲能電感中的電流為零時，S1才能導(dǎo)通，這樣就大大減少了MOSFET的開關(guān)應(yīng)力和損耗，同時對升壓二極管的恢復(fù)時間沒有嚴格的要求，另一方面免除了由于二極管恢復(fù)時間過長引起的開關(guān)損耗，增加了開關(guān)管的可靠性。

　　由于開關(guān)管的驅(qū)動脈沖時間無死區(qū)，所以輸入電流是連續(xù)的，并呈正弦波，這樣大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。

　　2．2 應(yīng)用設(shè)計舉例

　　技術(shù)要求：

　　輸入電網(wǎng)電壓范圍 AC 90～265V；

　　輸出直流電壓DC 400V；

　　輸出功率 150W。

　　2．2．1 PFC電感的設(shè)計

　　電感的電氣原理圖如圖4所示。

　　2．2．2 升壓MOSFET的選擇

　　2．2．3 升壓二極管的選擇

　　

　　2．2．4 整流橋的選擇

　　如圖5所示FAN7530N在APFC前置變換器中的應(yīng)用電路。

　　3 使用FAN7530的問題及解決方法

　　PFC中的自舉二極管速度越快越好；

　　注意MOSFET的源極與地線的連接，減少諧振的發(fā)生；

　　PFC升壓后高壓電容的容量要夠，盡量采用標準值；

　　整流橋后的金屬化薄膜電容調(diào)整可以改變諧振；

　　FAN7530的腳1和腳3之間加R/C，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)可以減少輕載不穩(wěn)定；

　　FAN7530的腳1和腳2之間的電容值影響啟動時間；

　　該芯片在使用中發(fā)現(xiàn)，有很多優(yōu)點，也有缺點。

　　該設(shè)計經(jīng)多次反復(fù)試驗，PFC升壓電感參數(shù)調(diào)整，及其它外圍參數(shù)設(shè)計試驗確定，功率MOSFET等器件的計算，已成功設(shè)計出150W升壓前置變換器，并應(yīng)用于適配器中。實踐證明該方案是可行的，有一定的應(yīng)用價值。

　　零電流檢測器；

　　CRM控制模式；

　　工作溫度低一40℃～+125℃；

　　低啟動電流(40μA)及低工作電流(1．5mA)。

　　FAN7530是一個引腳簡單、高性能的有源功率因數(shù)校正芯片。它是被優(yōu)化的、穩(wěn)定的、低功耗、高密度的電源芯片，且外圍元器件少，節(jié)省了PCB布線空間。內(nèi)置R／C濾波器，抗干擾能力強，對抑制輕載漂移現(xiàn)象增加了特殊電路。對輔助電源范圍不要求，輸出圖騰驅(qū)動電路限制了功率MOSFET短路的危險，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。