1、Smps2004整流模快升壓電路引言經(jīng)過市電整流出來的非控直流電的輸入電流波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，并呈脈沖狀。這樣，一方面對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，干擾其他電子設(shè)備的正常工作；另一方面大大降低了輸入電路的功率因數(shù)，其輸入電路的功率因數(shù)大致在0.50.7左右，因此，必須采取有效的技術(shù)措施來減少輸入電流波形的畸變，提高輸入電路的功率因數(shù)。提高功率因數(shù)的方法概括為兩大類型：一類是無源功率因數(shù)校正法，它主要是通過電路設(shè)計(jì)來擴(kuò)大輸入電流的導(dǎo)通角；也可以采用高頻補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣咻斎腚娏鞯膶?dǎo)通角；另一類是有源功率因數(shù)校正法，它是通過在電網(wǎng)和電源裝置之間串聯(lián)插入功率因數(shù)校正裝置(Smps2004整流模快采用是單相BOO

2、ST電路，具有效率高、電路簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并稱之為有源功率因數(shù)校正（APFC）電路。)在有源功率因數(shù)校正控制芯片中，其種類繁多，有峰值電流控制法、平均值電流控制法等。l 功率因數(shù)簡介功率因數(shù)是以千瓦為單位的負(fù)載的有功功率和負(fù)載中的總千伏安之商。“有功功率”是指同相電壓和電流的乘積。“總千伏安”的含意是在不考慮相位的情況下電壓和電流的乘積與諧波產(chǎn)生的千伏安之和。 “kVAR”一詞適用于電抗性功率，即不同相位的電壓和電流的乘積。失真是諧波引起的。平行六面體中的對(duì)角線代表負(fù)載中的千伏安數(shù)（包括諧波）。測(cè)量功率因數(shù)的精確方法是用真均方根測(cè)量儀測(cè)量電壓和電流，并將其讀數(shù)相乘以獲得上述商的總千伏安數(shù)。

3、功率因數(shù)校正的目的是把電源的輸入看成是純電阻性的。即衡量電源和負(fù)載對(duì)交流電路影響程度。功率因數(shù)調(diào)節(jié)器就是通過控制輸入電流對(duì)輸入電壓的響應(yīng)來完成這個(gè)任務(wù)。電壓和電流的比值為常數(shù)時(shí)，輸入呈現(xiàn)電阻性，功率因數(shù)為1.0 。如果該比值不是常數(shù)，它意味著輸入包含有相移或諧波失真，或兩者皆有。l 增壓前級(jí)調(diào)節(jié)器提供有源功率因數(shù)校正美國德州儀器公司Unitrode 分公司設(shè)計(jì)的集成電路采用升壓拓?fù)涮峁┕β室驍?shù)校正。UC3854電路包括電壓放大器、模擬乘法/除法運(yùn)算器、電流放大器及固定頻率的脈沖寬度調(diào)制器。此外，它還包括功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）柵驅(qū)動(dòng)器、7.5伏的基準(zhǔn)電壓、線路預(yù)測(cè)器、負(fù)

4、載比較器、低壓檢波器及過電流比較器。UC3854電路采用平均電流模式控制提供固定頻率的電流控制。在采用平均電流型控制方法時(shí)，增壓功率級(jí)周圍反饋回路中的放大器可以使輸入電流以很小的誤差跟蹤輸入電壓。必須注意的是有源功率因數(shù)校正器既要控制輸入電流又要控制輸入電壓。整流過的線路電壓控制著電流回路，因此，增壓轉(zhuǎn)換器的輸入呈現(xiàn)電阻性。UC3854電路通過改變電流程序信號(hào)的振幅控制輸出電壓。模擬乘法運(yùn)算器可通過整流過的線路電壓乘以電壓誤差放大器的輸出來獲得電流程序信號(hào)，因此電流程序信號(hào)具有輸入電壓的波形和控制輸出電壓的平均振幅。IMO就是電流程序信號(hào)。整個(gè)電路先用整流過的輸入電壓乘以平均輸入電壓，然后用電

5、壓誤差放大器的輸出除以平均輸入電壓的平方。整個(gè)附加電路可使電壓回路增益保持常數(shù)。如果沒有附加電路，電壓回路增益會(huì)隨著平均輸入電壓的平方而發(fā)生變化。使回路增益保持穩(wěn)定的電路可將電壓誤差放大器的輸出變成為功率控制器。實(shí)際上該輸出控制著傳送到負(fù)載的功率。有一個(gè)例子可證實(shí)這種假設(shè)。如果電壓誤差放大器的輸出是一個(gè)常數(shù)，并使輸入電壓增加一倍，程序信號(hào)也會(huì)增加一倍，但乘法器或除法器卻把程序信號(hào)除以前饋電壓的平方（4倍于輸入），其結(jié)果是輸入電流減少到原有值的一半。二倍的輸入電壓乘以一半的輸入電流結(jié)果獲得了像前面所述的同樣的總功率。就這樣電壓誤差放大器的輸出控制著功率因數(shù)調(diào)節(jié)器的輸入功率。上圖為用UC3854設(shè)

6、計(jì)的PFC電路采用增壓調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)是測(cè)量有源功率因數(shù)調(diào)節(jié)器功率級(jí)的好方法，因?yàn)檩斎腚娏魇沁B續(xù)的。連續(xù)電流可產(chǎn)生低電平的傳導(dǎo)噪聲及最佳的輸入電流波形。但增壓調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)有高輸出電壓，輸出電壓必須大于最高的預(yù)期峰值輸入電壓。德州儀器公司用這種增壓電壓來驅(qū)動(dòng)另一個(gè)功率因數(shù)校正電路中的DC/DC變換器，即UCC38500。該集成電路提供了有源功率因數(shù)校正前級(jí)調(diào)節(jié)器所需要的所有控制功能及二級(jí)DC/DC變換器。功率因數(shù)校正級(jí)與UC3854很相似，不同之處是UC38500的柵驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)采用MOSFET而不是雙極推拉輸出電路。UCC38500功率因數(shù)校正級(jí)采用脈沖上升緣調(diào)制，而DC/DC變換器級(jí)用脈沖下降緣調(diào)制。

7、這個(gè)特性通過減少功率因數(shù)校正及DC/DC變換器開關(guān)在傳導(dǎo)時(shí)間里的重疊來減少輸出電容中的波紋電流。上圖為UC38500內(nèi)部電路圖UCC 38500 中的DC/DC變換器電路取決于變換器的降壓變壓器次級(jí)所產(chǎn)生的誤差信號(hào)。集成電路采用峰值電流型控制來處理誤差信號(hào)。DC/DC變換器部分也包括限流、受控的軟啟動(dòng)、可選擇的操作范圍及50% 最大占空比。設(shè)計(jì)帶有功率因數(shù)校正前級(jí)系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)之一是調(diào)整DC/DC變換器的啟動(dòng)和關(guān)閉。如果DC/DC變換器在增壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)行之前開啟，DC/DC變換器必須在極大地降低電壓條件下運(yùn)行，這樣才能提供大電流給增壓轉(zhuǎn)換器。UCC38500監(jiān)控著功率因數(shù)校正變換器的輸出電壓，而

8、且保持DC/DC變換器處于關(guān)閉狀態(tài)直到其電壓達(dá)到10%的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)為止。一旦增壓轉(zhuǎn)換器的輸出達(dá)到這個(gè)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)點(diǎn)，DC/DC變換器就進(jìn)入一種受控的低壓啟動(dòng)的軟啟動(dòng)程序。如果輸出電壓降得很低，同樣地DC/DC變換器也會(huì)關(guān)斷。上圖為UC38500和UC3965共同組成地PFC和DC/DC電路多模式的功率因數(shù)校正電路安森美公司則提供另一種有源功率因數(shù)校正的增壓前級(jí)調(diào)節(jié)器電路，型號(hào)為MC33260。這種電路，本來設(shè)計(jì)是用于驅(qū)動(dòng)不連續(xù)型自由運(yùn)行頻率調(diào)節(jié)器的，但也可進(jìn)行同步運(yùn)行。這種結(jié)構(gòu)是一種跟隨增壓電路。在該電路布局中，功率因數(shù)校正前級(jí)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)器的電壓輸出不是停在一個(gè)恒定的調(diào)節(jié)水平，而是呈現(xiàn)依賴于交

9、流線路振幅的數(shù)值。TI公司認(rèn)為采用這種模式可大大減少電感器的尺寸及功率的傳導(dǎo)損耗。不連續(xù)模式，又稱“臨界傳導(dǎo)模式”，在功率因數(shù)校正的應(yīng)用中有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，在下一次循環(huán)啟動(dòng)之前電感器電流必須降到零，這種特性轉(zhuǎn)換效率高，并能消除增壓整流器的反向損耗，因?yàn)橹挥挟?dāng)電感器電流為零時(shí)功率MOSFET才會(huì)啟動(dòng)；第二，由于在兩個(gè)循環(huán)之間沒有空載時(shí)間間隙，因此交流線路中的電流是連續(xù)的，這樣可將峰值開關(guān)電流限制到平均輸入電流的兩倍。MC33260的安全特性包括過壓和欠壓保護(hù)，及過流保護(hù)。每一個(gè)引腳都有靜電釋放保護(hù)。在功率MOSFET柵驅(qū)動(dòng)中集成電路加進(jìn)了一個(gè)推拉輸出電路。如上所述，MC33260可同步運(yùn)行，或稱

10、雙模態(tài)運(yùn)行。在自由運(yùn)行、不連續(xù)模式中，一旦電感器電流降到零，電源開關(guān)馬上開啟。當(dāng)從負(fù)載到引腳5的反饋信號(hào)超過1伏閾值時(shí)，同步模式就開始運(yùn)行。在該模式中，只有在新電路啟動(dòng)后，自由運(yùn)行的操作才能重現(xiàn)。電源開關(guān)啟動(dòng)需要兩個(gè)條件：第一，它必須在電感器中檢測(cè)到零電流；第二，超過1V閾值的同步上升緣（在第5引腳上）緊跟前級(jí)啟動(dòng)。換言之，同步的作用是為了延長電源的開關(guān)時(shí)間。上圖為用MC33260進(jìn)行的PFC校正電路用二極管和絕緣柵雙極晶體管來保持交流電路平穩(wěn)純凈國際規(guī)定了諧波電流釋放的限制因?yàn)镮GBT（絕緣柵雙極晶體管）管可以通過快速開關(guān)及最小的功率損耗來改善功率因數(shù)。該器件所提供的電流密度相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)的功率

11、MOSFET的5倍。Stealth 二極管具有高速及軟恢復(fù)的功能，因而電磁干擾（EMI）小。如果二極管的恢復(fù)特性太突然或太陡峭，電源電路會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。Stealth 二極管可穩(wěn)定反相恢復(fù)響應(yīng)，極大地減少電磁干擾。國際整流器（IR）公司也提供受控的恢復(fù)二極管，稱為QuietIR，它具有低正向傳導(dǎo)損耗及軟恢復(fù)電流波形的特點(diǎn)。 功率因數(shù)是一個(gè)主要的改善因素。如果忽視這個(gè)問題就等于招來交流電路相移及諧波失真等災(zāi)難一 ML4421芯片結(jié)構(gòu)介紹：Smps2004中采用Fairchild公司的功率因數(shù)校正（Power Factor Controller）芯片ML4421。1）描述：ML48

12、21的設(shè)計(jì)用于一個(gè)控制具有功率因數(shù)效正以及使用平均電流法的"升壓"拓?fù)?型系統(tǒng)，特別在設(shè)計(jì)中增加“系統(tǒng)噪聲抗擾度電路”電路中包括精密的電平叁考,增益調(diào)節(jié)器,平均電流誤差放大器，輸出誤差放大器,過壓保護(hù)比較器，邏輯錯(cuò)誤關(guān)閉電路，它們都提供大負(fù)載電流。除此之外，系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉還受到低壓市電封鎖電路的控制。在一個(gè)典型的應(yīng)用中，ML4821 通過調(diào)整輸出 MOSFET 的脈沖寬度控制交流的輸入電流，這個(gè)調(diào)整使電流的波形與輸入電壓的波形一致（即功率校正），其中叁考電流調(diào)整的產(chǎn)生是由正弦曲線電壓乘以誤差放大器的輸出直流電壓。增益調(diào)制器的平均線電壓的補(bǔ)償是為了保證環(huán)路的不變?cè)鲆媸沟较到y(tǒng)

13、可以工作在寬的輸入電壓值之上，這一個(gè)補(bǔ)償包括在低于90 V RMS 輸入時(shí)減少輸出功率的控制(Brown-out Control)。2）特征：l 采用平均電流法具有極低的失真度l 低功率平均線性補(bǔ)償控制l 具有高精度5V參考電平l 1A的峰值圖騰柱驅(qū)動(dòng)輸出電流l “睡眠模式”可以關(guān)閉輸入端l 極高壓控振蕩頻率可以獲得較好的抗噪聲干擾l 過壓保護(hù)，過流保護(hù)，欠壓保護(hù)圖1中為ML4421芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3）芯片管腳功能描述管腳編號(hào)管腳名稱功能描述1ILIM電流限制點(diǎn)輸入2IA OUT平均電流誤差放大器的補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)輸出3IA-平均電流誤差放大器的反相輸入4IA+平均電流誤差放大器的同相輸入5ISINE

14、調(diào)制器輸入6EA OUT電壓誤差放大器的輸出7INV電壓誤差放大器的反相輸入8VRAS平均線性電壓補(bǔ)償輸入9SOFT START 連接到軟啟動(dòng)電容10SYNC同步振蕩器同步輸入11OVP當(dāng)OVP電壓超過5 V時(shí)禁止輸出脈沖。電壓低于0.7 V時(shí)候,進(jìn)入低壓關(guān)閉模式12RT振蕩器外接的時(shí)間電阻13PWR GND電源地14OUT 大電流脈沖輸出15VCC正極電源提供16VREF5V參考電壓17CT振蕩器外接的時(shí)間電容18GND模擬信號(hào)地4）功能描述振蕩器(Oscillator)ML4821振蕩器外部連接一個(gè)電流值等于2.5/RT電容到CT端，當(dāng)那個(gè)電容電壓達(dá)到上限值時(shí)，比較器會(huì)翻轉(zhuǎn)狀態(tài)使電容經(jīng)過

15、Q1放電到低電平。ML4821的振蕩器包括一個(gè)SYNC端輸入，它使頻率與外部頻率同步。當(dāng)一個(gè)正脈沖充到電壓值到2 V(typ)時(shí)則為 CT 端設(shè)定一個(gè)放電周期重新設(shè)定振蕩器比較器。RT和CT設(shè)定ML4821振蕩器頻率，它要求是一個(gè)較外部頻率低的頻率。 上圖為CT電容充電脈沖 上圖為壓控振蕩器內(nèi)部結(jié)構(gòu)振蕩器周期可以用下列各項(xiàng)描述關(guān)系:TOSC=TRAMPTDISCHARGETRAMP=C(Ramp Valley to Peak) /（IRT/2）TDISCHARGE=C(Ramp Valley to Pk)/（8.4mA-IRT/2）電壓和電流誤差放大器（VOLTAGE AND CURRENT

16、ERROR AMPLIFIERS）ML4821 電壓誤差放大器是一個(gè)高增益頻帶寬的開環(huán)放大器。軟啟動(dòng)控制端輸入放大器的輸入端，控制軟啟動(dòng)避環(huán)操作。電流誤差放大器（1A）與電壓誤差類似，但是為了RSENSE，而選擇低阻值的電阻，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要求放大器有非常低的偏移值。上圖為電流誤差放大器輸出驅(qū)動(dòng)（Output Driver Stage）ML4821有1A峰值的輸出可以快速驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載像以電力驅(qū)動(dòng)的MOSFET門驅(qū)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)電流的輸出電壓在內(nèi)部限制在17 V。增益調(diào)制器 (Gain Modulator)ML4821 增益調(diào)制器將線性電流輸入ISINE管腳，在VRMS管腳有一個(gè)負(fù)極性矩形電壓。當(dāng)VR

17、MS非常低電壓時(shí)，增益調(diào)制器在其PFC電路上強(qiáng)迫其功率限制，或者是“Brown-out”保護(hù)。輸入調(diào)整后的線性正弦波為ISINE轉(zhuǎn)換成電流再經(jīng)一個(gè)下拉電阻輸入。通常,大部分地面噪聲會(huì)在PWM 比較器叁考端產(chǎn)生一個(gè)無關(guān)重要的影響。所以還給ML4821設(shè)計(jì)了一個(gè)高擾抖動(dòng)抗擾度的開關(guān)電路。增益調(diào)制器的輸出電流是電流誤差放大器叁考端IA的輸入，可以通過IGM = K × ISINE × (VEA 0.8) 算出。ISINE是其下拉電阻的電流，VEA是誤差放大器的輸出，K為VRAS不變常數(shù)的輸入IGM(MAX)=2.5/RT。增益調(diào)制器的輸出電流被限制是設(shè)定系統(tǒng)電流的極限。乘法器輸出

18、電流轉(zhuǎn)換成通過一個(gè)電阻到地的電流誤差放大器的IA端的叁考電壓上圖調(diào)整器K端關(guān)于在 VRMS 的電壓增益調(diào)整器K端關(guān)于在 VRMS 的電壓。曲線已經(jīng)在二個(gè)部份中被分開。右邊是為在正常狀態(tài)下從最小的線電壓到極大值的電壓值域中（260VAC到90VAC）的操作，85 VAC 通過曲線上的點(diǎn)被選定為允許點(diǎn)。在正常的操作之下情況下如：當(dāng)輸入電壓減少，調(diào)整器為環(huán)路增益的下降補(bǔ)償而增加增益。上圖為輸出飽和電壓對(duì)應(yīng)的輸出電流在“brown-out”情況下(在低于85 VAC)。增益調(diào)整器通過減少增益限制電流量從而避免過載情況出現(xiàn)。這使PFC 后面的負(fù)載保持不變的非常有用。輸入電流必須升高為輸入電壓的下降補(bǔ)償。低市電關(guān)閉，OVP和電流限制（Under Voltage Lockout,OVP and Current Limit）要提高M(jìn)L4821的功率是要以UVLO為條件; 輸出和靜態(tài)電流低。IC在VCC到達(dá)16 V時(shí)開始工作。當(dāng) VCC 在降低到9 V時(shí)候,UVLO 情況發(fā)生。在 UVLO 的時(shí)候，VREF 管腳是 "OFF",使它可用為在下一個(gè)PWM周期開始。OVP,關(guān)閉，和IC偏置（OVP,Shutdown