新颖的电流临界导通的功率因数校正芯片的研究

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摘要:介绍了一种新颖的电流临界导通(DCMboundary)的功率因数校正(PFC)芯片。它的主要特点是提高了高电压输入时的功率因数,减少了输入电流的总的谐波含量(THD),同时它还改善了启动时输出电压过冲和电路的动态性能。实验表明这种新颖的DCMboundaryPFC控制芯片实现了这些功能。

关键词:零功率检测;跨导误差放大器;功率因数校正;启动时输出电压过冲保护

0    引言

    随着电力质量标准的日益严格,功率因数校正(PFC)技术已成为电力电子领域中的研究热点。随着功率因数校正技术的发展,功率因数校正控制芯片也有了很大的发展。根据电路的工作模式,功率因数校正控制芯片可以分成3类:

    1)电流断续的功率因数校正控制芯片;

    2)电流临界连续的功率因数校正控制芯片;

    3)电流连续的功率因数校正控制芯片。

    近几年来,这些芯片得到了很大的发展。

    本文介绍了一种新颖的电流临界连续的功率因数校正控制芯片。它具有结构简单和功能强大的优点。它不仅改善了启动时输出电源过冲,而且有欠压保护功能;同时它通过提高误差放大器的输出变化率来改善它的动态响应能力;另外,它还具有开环保护功能。本文以这种新颖的电流临界导通(DCM boundary)功率因数校正芯片制作了一个100W的PFC电路原理样机,对芯片进行了分析,最后给出了实验波形。

1    芯片介绍

    该芯片采用8脚SOP封装,引脚配置如图1所示,表1给出了引脚功能。

图1    芯片引脚排列

表1    芯片引脚功能表

引脚 名称 功能
1 VO_SNS 反馈
2 COMP 补偿
3 MULTIN 电压基准
4 CS 采样电流
5 ZCD 零电流检测
6 GND 接地
7 DRV 驱动输出
8 VCC 电源供电

    芯片是一种峰值电流模式的控制芯片,它可以应用在电流临界导通的功率因数校正电路中。因为芯片内部使用了一个零功率检测比较器,所以可以抑制电路启动时输出电压的过冲,这样电路中的元器件就可以得到保护,它们的寿命就可以延长。

    芯片具有低的启动电流和工作电流,输出过压保护,输入欠压保护和反馈开路保护功能。

2    芯片的分析

    图2给出了这种新颖的DCM bounday PFC控制芯片的内部框架图,下面将进行分析,阐述它的工作原理。

图2    芯片内部框图

2.1    轻载特性的改善

    对于一般的功率因数校正电路来说,轻载时电路的损耗比较大。降低轻载时功率因数校正电路的损耗已经成为现在的研究热点。而芯片芯片较好地解决了这个问题。

    图3中给出了这种降低轻载时电路损耗的原理图。如果功率因数校正电路在轻载时其工作频率比较高时,那么它的损耗比较大,因此,在轻载时必须减少电路的开关次数,来降低电路的损耗。芯片中有一个零功率检测比较器,当输出功率比较低时,这个比较器就会工作。此时它会使电路工作在间隙模式下,这样电路的损耗就会降低。

图3    零功率检测比较器

    芯片脚2(COMP)的电压,在输入功率等于零和输出电压过压的工作条件下,会低于它正常工作时的电压。当它低于零功率检测比较器的基准电压时,比较器就会工作,这样零功率检测比较器就会闭锁驱动信号,使输出驱动信号为零。因此,有了这个零功率检测比较器就会防止启动时输出电压过冲。另外,在动态过程中输出电压也会比较高,脚2的电压也会比正常工作时低,这样也可能封锁驱动信号,但是,芯片内部有一个跨导误差放大器,当电路工作在这个状态时,它会使脚2输出电压不会低于零功率检测比较器的基准电压,从而不会封锁驱动信号。