主动式PFC电路

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1、主动式PFC电路 稳定的电源除了能供应系统维持正常的动作外并会影响整个系统的特性, 当负载具高电容性或电感性, 或者电流波形非弦波时, 功率因子远低于1, 致使部分功率反馈回电力的传输在线, 因而会增加传输线的负荷与谐波之干扰. 再加上当今能源缺乏须节约能源的趋势下, 设计生产高效率的电源减少干扰和能源浪费成为众所追求的目标,为了达到这个目标必须提高电源的功率因子(Power Factor, 简称PF). PFC即功率因子校正(Power Factor Correction), 其作用就是为了提高功率因子. LITEON生产的电源产品主要为开关电源(Switching Power Supply

2、, 简称SPS), 本文将针对SPS的主动式PFC(Active Power Factor Correction, 简称APFC)电路进行探讨.一. PF的相关知识.1.正弦电路的功率因子N任一网络N在图标关联参考方向下, 输入网络的瞬时功率P等于电压与电流瞬时值的乘积, 即: p=u*i i 设正弦电压和电流分别为: u + u=U*Cost _ i=U*Cos(t-) (为端口电压与电流的相位差) 则有p=u*I=U*Cost*U* Cos(t-)=U*I*Cos+Cos(2t-)可见瞬时功率是由恒定分量UICos和正弦分量两部分组成, 正弦分量的频率是电压频率的两倍. 其中感性网络中0,

3、 容性网络中0. 此时电压和电流的波形如图. 由图可见在每一个周期内有两段时间内u和I的实际方向相反, 此时p1时, PFC Ilimit将动作, 将PFC out讯号拉低, 以作PFC Ilimt保护; 4).Vrms; 5).SS: 软启动(Soft Start), 要求外接一电容Css, 当其被充电至8V时, PWM开始动作, 其Delay时间可由T=Css*1.25V/50uA估算出来, 如当Css=1uF时, T为25mS; 6).Vdc: PWM电压的反馈输入; 7).Ramp1: 外接RtCt用以设定PFC电路的开关频率. 公式为f=1/0.51(Rt+961Ct)Ct, ML4

4、824-2的PWM的开关频率为PFC的两倍, 而ML4824-1的两不部分频率相等; 8).Ramp2: 当其工作在电压模式时, 作为PWM输入(即PFC的输出)的前馈. 当PFC电压低时增大PWM的输出占空比(Duty cycle). 工作在电流模式时作为电流Sense输入; 9).DC Ilimit: PWM电流的Sense, 一般用来检测PWM MOS的电流. 当其超过1V时, 会拉低PWM的输出; 10).GND: 接地端. 所有电压的量测以之为准; 11).PWM out: PWM的驱动输出; 12).PFC out: PFC out的驱动输出; 13).Vcc: IC的供电电压端;

5、 14).Vref: 基准电压端, 产生7.5V输出; 15).Vfb: PFC输出电压的检测端, 接VEA的负端, 用来与2.5V基准电压比较得到Veao, 另外其在电路还有两种功能, 当其大于2.7V时, OVP将动作, 将PFC out讯号拉低, 以作PFC过压保护, 开机时, 当其小于2.5V时, 迟滞比较器Vin OK将PWM out讯号拉低, 以作PWM Soft Star欠压保护(当正常工作后因Vin OK为迟滞比较器, 故Vfb即使低于2.5V, 其PWM也可正常工作); 16).Veao. 一般说来, 当交流电经EMI与桥式整流后, 其电压电流尚未经过内部烦杂的电子电路时,

6、其所受之noise干扰最小, 故ML4824之GM所取的电压及电流会从此端取得. 2.ML4824 PFC逻辑及保护电路部分说明: (见ML4824的内部结构框图)if PFC 输出为1 (正常) = .4.为0; if 1.为0 = S为0 = 5.6.为0, 当Vfb过高 (高于2.7V时),OVP output为1, 即5.为1; if 5.为1 = PFC为0; 当Isense过低 (低于-1V时), PFC limit output为1, 即6.为1, if 6.为1 = PFC 为0; if PFC 输出为1 (正常) = 1.2.3.4.为0; if 2.为0 = R为1, 即7

7、.为1 = 8.为0; 应为9.(水平讯号)与10.(三角波讯号)为比较器+端与-端之输入, if 8.为0 = 10.9. 时动作,此即前所述PFC之leading edge.3.ML4824应用范例LITEON的File Server及Work Station机种中所使用的APFC芯片一般为ML4824和ML4800两种, ML4800与ML4824功能与原理大致相同. 而在ML-4824中选用的都是ML4824-1型, 即PFC与PWM部分开关频率相等. 下面就以PS-6191-1为例, 说明在具体线路中ML4824-1的应用. PS-6191-1线路是一个典型的APFC电路(见附图).

8、 其六组输出共计为190W, 输入AC电压为90264V, 频率为4763Hz, 下面针对此电路来看它的APFC是如何工作的. 首先要知道PFC的输出电压, 因为Vac最高为264Vac, 因PFC电压应大于其峰值为264*=372V, 选择380V作为PFC正常输出电压值. Iac和Vrms均在整流器BD050后获取, 以减小其noise干扰. Iac通过R200, R201, R202侦测输入电压的相位. Vrms通过R203, R204, R205相加与R206分压去测量输入电压RMS值. Vfb通过R222, R223, R224相加与R211分压去侦测PFC输出电压的值, 与2.5V

9、通过电压误差放大器VEA比较放大后得到Veao. 同时考虑到电压回路的补偿, Veao须外接RC网络. Veao, Vrms和Iac通过乘法/除法/平方器运算后输出电流Im, 此电流值可以快速的反应输入电压和输出电压的变化. Im通过电流误差放大器IEA放大后得到Ieao. 同样因为也要考虑到电流回路的补偿, 故Ieao也要外接RC网络. Ieao与震荡器产生的锯齿波通过比较器比较得到一占空比随Veao、Vrms和Iac变化而变化的方波信号, 此方波信号再通过其它一些逻辑线路来控制PFC驱动的占空比, 以达到功率因子校正的目的, 在设计时可以通过改变ML4824第七脚Ramp1的Rt (R217) 和Ct (C111)的值得到不同频率和不同坡度的锯齿波. Ieao 锯齿波 t t 方波信号 Leading edge