基于MC33262构成的功率因数校正AFPC电路设计

2011-03-30 21:53:29来源: 互联网

文中推出的APFC系统采用美国摩托罗拉公司生产的MC33262专用集成控制芯片,并使其工作于临界导电模式(CRM)。

1 基于MC33262的APFC原理简介

用于实现APFC变换器的拓扑电路有Boost变换器、反激变换器和Boost-Buck变换器等,但由于Boost电路具有:有输入电感,可减小对输入滤波的要求;开关器件的电压不超过输出电压值;容易驱动等特殊优点,因此其应用最为广泛,这里的设计主要基于Boost变换器。

目前,用于实现临界导电模式的控制芯片有很多,由MC33262构成的采用Boost变换器的APFC电路。MC33262原理框图如图1所示。

在图1中,5脚是零电流检测输入端,接在变压器二次侧,因而检测到的是电感电流,即外电源流入负载的电流。当电感电流为零时,ZCD的输出翻转,将内部的RS触发器置“1”,7脚输出高电平,使Q1导通。外电源通过桥式整流,使变压器一次侧和Q1导通,电流流过变压器一次侧,将电能储存于电感中。当电感电流增大到一定值时,Q1又关断,这也是通过RS触发器进行控制的。1脚接PFC输出电压的分压,该电压经EMP放大后,与由3脚输入的电压分压值在MULT中相乘,MULT的输出与由4脚输入的Q1的电流比较。

当输入Q1的电流值大于MULT输出的电流值时,OIC输出电平翻转,将RS触发器置“0”,该电平由7脚输出,关断Q1。因此,MULT的输出电流即通过Q1的电流的门限值,该门限值随输入电压的变化而近似呈正弦规律变化。当Q1关断后,变压器一次侧的电流逐渐减小,当此电流接近零时,又导致ZCD的输出翻转,将RS触发器置“1”,Q1导通,重复以上过程。

当负载突然关断、启动或输出端出现浪涌时,会出现输出电压过高的情况,这时OVC会发挥保护作用。此时,过压保护器的输出电平发生翻转,将RS触发器置“0”,关断Q1。器件内设定的比较器门限电压为1.08 V。欠压锁定的作用在于监控电源正极电压。当8脚的电压Vcc低于下限值时,UVLO输出低电平,7脚也输出低电平,关断Q1。定时器的作用是在电感电流下降到零时启动Q1。

2 系统主要技术指标的设计

根据需要,设计了一个150 W PFC系统,其信号流程及信号波形如图3所示。其主要参数为:交流输入电压范围为175~265V;最大输出功率为150 W,若Boost电路的提升电压为400 V,则额定直流电流为375 mA;若转换效率为η=90%,则额定输入功率Pin=P0/η=167 W;最小开关频率选为fmin=25 kHz;输入偏移因子IDF=0.98;最大纹波峰一峰值为8 V。

3 电路主要参数的计算

3.1 电感L的计算

最低工作频率条件下所需的电感值可通过式(1)求得:

式中:Vin为稳压输人峰值电压最大值;Pin为输入功率最大值;fmin为开关频率最小值。将主要参数代入式(1)得:

L=544μH,在该设计中取L=550μH。

3.2 输入滤波电容的设计

输入滤波电容的主要作用是滤除输入端的高频噪音,其容量很小。但如果其取值太小,很难较好地滤除输入的高频噪音,另一方面其取值又不能太大,否则会引起较大的输入电压偏移。

3.2.1 输入滤波电容的下限值

输入滤波电容的下限值由输入滤波电容的最大纹波电压决定,可用式(2)计算:

式中:△Vcin(max)为滤波电容的最大纹波电压,一般情况下,该值可取小于最低输入电压峰值的5%。将主要参数代入式(2)得:

3.2.2 输入滤波电容的下限值

输入滤波电容的上限值由输入偏移因子IDF决定,可用下式计算:

输出电容的选择不但要考虑容值,还要考虑电压应力,由于电路的响应速度较慢,当负载突然变轻时,可能会引起输出电压的过冲现象,考虑到一定裕量,它的耐压可按大于输出过压保护点1.1VOVP来选取。在该电路设计中选择Co=220μF,耐压为450 V的电解电容。

3.4 功率开关管和输出二极管的选择

功率开关管与输出二极管的电流应力和电压应力都相同,下面分别计算两者的电流应力和电压应力。开关管和二极管的最大峰值电流:

开关管和输出二极管的电压应力需考虑输出过压保护点,因此其最大电压为:

在该电路设计中,选择功率场效应管IRF84.0作为开关管,其耐压为500 V,最大电流为8 A;选择快速恢复二极管MURl560作为输出二极管,其耐压为600 V,最大电流为15 A。

4 实验与结论

实验结果(见图4~图7)显示该AC/DC变换器在较宽广的输入电压范围下获得高度稳定的直流电压400 V输出;纹波峰一峰值在8 V以下;输出额定功率达150 W;满载下效率η=95%;功率因数λ≥0.99;输入电流总谐波畸变D<6%。目前,这种具有APFC电路的控制器已应用于电子镇流器产品中。

5 结 语

由MC33262构成的功率因数校正电路外围结构简单,电路元器件少,电路的体积和成本下降,提高了系统的可靠性。目前,这种APFC技术已经在开关电源、电子镇流器等诸多领域得到了应用。该APFC电路采用峰值电流控制方式,属于准连续电流模式,MOS-FET开关频率很高,这对EMI滤波电路的设计有较高的要求。不过该系列芯片与其他采用连续模式的APFC芯片相比有着较高的性价比,值得做进一步完善研究。

关键字:校正

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0330/article_6412.html
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