NCP1650型功率因数校正器的应用及电路设计

2011-05-23 17:09:48来源: 互联网
摘要:首先介绍了NCP1650型功率因数校正集成电路的典型应用,然后重点阐述其电路设计及外部功能扩展方法。关键词:功率因数校正器;应用;电路设计;扩展Application andCircuitDesignofNCP1650PowerFactorCorrectorSHAZhan?you,WANGYan? peng,WANGXiao?junAbstract:AtfirstthetypicalapplicationofNCP1650type powerfactorcorrectionICisintrodued.Thenitscircuitdesignandtheexternal functionexpansionmethodareexplainedindetail.Keywords:Powerfactorcorrector; Application;Circuitdesign;Expansion中图分类号:TN86文献标识码:A文章编号:0219-2713(2002)10-0547-03

1典型应用电路

NCP1650可构成100W~1kW的功率因数校正器,其外围电路简单而性能优良,功率因数可达0.95~0.99。

NCP1650型功率因数校正器的典型应用电路如图1所示,该电路的输入交流电压u=85~265V,最大输入功率PIM=1053W,最大输出功率POM=1000W,额定直流输出电压UO=+400V,功率因数λ=0.95。启动限幅器可任选一种箝位保护电路。u经过桥式整流后分作两路,一路通过电阻分压器R4和R5,给ACIN端提供全波整流电压u1;另一路作为线电压uL,接启动限幅器,再经过电感器L和整流滤波电路,输出直流电压UO。UO又经过R9、R10分压后,给FB/SD端提供反馈电压UFB。利用下式可以计算输出电压的额定值UO=(1+)UFB(1)已知UFB=4.0V,取R9=360kΩ、R10=3.6kΩ时,利用式(1)计算出,UO≈400V。要求UO的额定值必须大于最高交流电压的峰值,即UO>umax。当u=


umax=265V时,其峰值电压umax≈375V。由于UO>375V,因此可保证在规定输入交流电压范围内对功率因数的校正。
R1和C3为直流误差放大器的频率补偿网络。R2、C4构成功率误差放大器的频率补偿网络。R3用于限制最大输入功率PIM值。C5为脚9的滤波电容,可滤除纹波。C6与C7分别为AC IN端、ACREF端的滤波电容。R6和C8为交流误差放大器的频率补偿网络,C8还兼作软启动电容。R7是锯齿波补偿电阻。C9为振荡器的定时电容。R8和C11分别是电流检测放大器的电流定标电阻、滤波电容。RS为检测线电流及电感器瞬态感应电流的取样电阻。

图1中的电感器L亦可改成高频变压器,将二次绕组电压进行整流滤波后,可为NCP1650提供电源电压UCC,其典型值为14V。

2功率因数校正器的电路设计

下面就以图1所示的电路为例,介绍功率因数校正器的电路设计。现规定设计指标如下:umin=85V,umax=265V,f=100kHz,UO=400V,最大输出功率POM=1kW。要求开关纹波电流与线电流的百分比为30%。

2.1计算电感器L

计算公式为L=·(2)

利用式(2)不难算出,当u=umin=85V时,L=84μH。当u=umax=265V时,L=176μH。应根据实际电压范围来确定合适的电感量。

尽管L的电感量很小,但所通过的线电流很大。最大峰值线电流由下式决定iL(max)=( 3)

最大峰值电流出现在低压供电(u=umin)和满负荷的情况下。此时iL(max)=16.6A,电感器中的有效值电流为11.8A。这些数据可供选择电感器线径时参考。

2.2计算交流分压器最大线电压的峰值为uL=umax,uL经过R4、R5分压后得到u1,加至脚5上。令交流分压比为kac,有关系式u1(max)=kacuL=·umax=3.75(V)(4)

R5、R4采用0.5W的金属膜电阻,实际功率可按0.25W进行估算,即PR4=〔umax-u1(max)〕 2/R4

=(375-3.75)2/R4=0.25W

从中解出R4=551kΩ,实选560kΩ标称电阻。再把R4代入式(4)中求出,R5=5.6kΩ。

2.3计算线电流检测电阻RS

计算公式为RS=0.25(5)

式中:tON——MOSFET的导通时间,已知开关周期T=1/f=10μs,利用下式可计算tON=T( 6)

η——电源效率(%)。

2.4计算锯齿波补偿电阻R7

为降低分布电感量,R7应采用非线绕电阻。其电阻值由下式确定R7=(7)

2.5确定电流定标电阻R8及滤波电容C11

电阻R8能限制输入到交流误差放大器的最大平均值电流,使之在低电压、满负荷情况下仍低于4.5V。设PFC的额定输入功率为PI,计算R8的公式为R8=(8)

C11为电流检测放大器的滤波电容,该滤波器的极点频率由下式确定:

f1=10.5/C11(9)

式中:C11的单位是nF,f1的单位是kHz。当开关频率为100kHz,电网频率为50Hz时,可选f1=10kHz。代入式(9)中计算出,C11=1nF。

2.6设定最大输入功率PIM

PFC的最大输入功率由R3来设定,二者存在下述关系式PIM=(10)

式中:US为功率误差放大器的参考电压,US=

2.5V。

2.7计算交流误差放大器频率补偿元件R6和C8

交流误差放大器的跨导gm=100μS(S为西门子),由R6、C8组成的串联电路就相当于负载。计算R6、C8的公式分别为R6=(11)C8=(12)

3外部功能扩展方法

3.1掉电控制电路

外部掉电控制电路如图2所示。新增加的元器件包括晶体管VT、电阻R11和R12。UK为控制电压。该电路的工作特点是当UK=0V时,VT截止,功率因数校正器能正常工作。当UK=5V时,VT导通,就将FB/SD端拉成0V,强迫芯片进入掉电保护状态。图中的VT采用2N3904型 NPN管,亦可用JE9013来代替。

3.2附加软启动电路

图1所示电路的软启动时间仅为560μs。若需增加软启动时间,可按图3给出的电路进行设计。新增加的元器件包括JE9015型PNP晶体管VT、软启动电容C12、1N4148型高速开关二极管VD和电阻R13。此时可忽略R6、C8的作用。刚上电时,由于C12两端电压不能突变,使得UA=0V,VT导通,经过ACCOMP引脚把交流误差电压拉成0V,PFC无电流输出。此后,6.5V基准电压就经过R13对C12进行充电,使UA不断升高,电路就逐渐转入正常输出状态。VD的作用是在断电后为C12上存储的电荷提供泄放回路,确保再次开机时还能实现软启动功能。

参考文献

[1]Onsemi公司产品手册[M].2002.

[2]林雯,齐长远.有源功率因数校正技术[J].电源技术应

用,1998合订本

[3]沙占友.新型单片开关电源的设计与应用[M],电子工

业出版社,2001.

关键字:校正  应用

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0523/article_9005.html
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