文档介绍：M PFC控制器原理与测试
上网时间: 2003年05月30日
摘要:M)的功率因数校正(PFC)控制器,被命名为ICE1PCS01, 是基于一种新的控制方案开发出来的。与传统的PFC解决方案比较,这种新的集成芯片(IC)无需直接来自交流电源的正弦波参考信号。该芯片采用了电流平均值控制方法,使得功率因数可以达到1。通过增强动态响应的方法使得负载突然波动时的动态特性得到改善。独特的软启动方式防止了启动时过高的浪涌电流。为了确保系统的安全运行,也提供了各种保护措施。本文将介绍该芯片工作过程,同时提供了测试结果。此芯片采用双列直插8管脚的封装形式,适用于低成本的PFC设计。
一、简介
传统的用于电子设备前端的二极管整流器,因为导致电源线的脉冲电流,干扰电网线电压,产生向四周辐射和沿导线传播的电磁干扰,导致电源的利用效率下降。近几年来,为了符合国际电工委员会61000-3-2的谐波准则,有源PFC电路正越来越引起人们的注意。对于小于200瓦的小功率装置,不连续调制模式(DCM)因其低廉的价格受到普遍欢迎。另外,它的控制电路块中只有一个电压控制环,因而采用DCM的PFC设计简单易行。然而,由于它固有的电流纹波较大,DCM很少应用于大功率场合。M的PFC更具有吸引力。在CCM的拓扑结构中,它的传输函数存在电压环和电流环两个控制环路。M PFC控制器的管脚数目也较多。ICE1PCS01这种新的PFC控制器,是为了降低设计费用和难度而开发的。它仅有8个管脚。此外,根据故障模式影响分析(FMEA),很多的保护电路被集成在这块芯片中。本文将对此IC的功能进行详细地介绍,并通过测试结果验证了它的性能。
二、芯片功能
1. 无直接参考正弦波传感信号的均值电流控制
M PFC结构电路如图1所示。图1:M有源PFC电路和它的波形
可以看出,在传统的PFC电路存在两个控制环。一个是电压环,它被用来调整输出电压;另外一个是电流环,它被用来控制输入电流。误差放大器的输出Verr决定了输入电流Iin的幅值大小。Verr乘以正弦波参考信号|Vin|得到正弦输入电流。M PFC中,|Vin|是必不可少的,它用于产生电流控制环中的正弦波输入电压。
这个被称为ICE1PCS01新的PFC控制器的一个典型应用如图2所示。它仅有8个管脚,也没有直接馈入芯片的正弦波传感信号。
该芯片的基本原理如下所述。假设电压环正处于工作状态,输出电压保持恒定,M升压型PFC控制系统的MOSFET关断占空比DOFF可以由下面的公式得到:
从上面的公式可知,DOFF正比于VIN。电流环的目的在于调整电感电流的平均值,使得它正比于关断占空比DOFF,从而正比于输入电压VIN。这个关系式可以通过前边沿调制方式实现,如图3所示。
图3:电流平均值控制
斜坡信号由内部的振荡器产生,斜坡信号的幅值一方面受内部的控制信号控制,但另一方面却可以影响线输入平均值电流的幅值。
2. 增强动态响应
由于PFC的固有属性,PFC动态环路总是用低带宽进行补偿,目的是不对频率为2×fL波纹响应。这里fL指的是交流电源线的频率。所以当负载突变时,调整电路不能作出快速响应,从而引起输出电压起落过大。为了解决这个PFC应用中的问题,在芯片中采用了增强动态响应。一旦输出电压超出正常值的5%,IC将跳过慢补偿运算放大器,