一种新颖的电流连续模式功率因数校正电路的研究

一种新颖的电流连续模式功率因数校正电路的研究

摘要：介绍了一种固定关断时间控制的功率因数校正电路，它的主要特点是通过外部简单电路来控制开关管的关断时间，从而实现了固定关断时间，这样可以提高输出功率等级。实验表明：这种控制方法实现了固定关断时间控制。

关键词：固定关断时间；功率因数校正；电流连续模式

0    引言

    目前以Boost为主电路的PFC电路的控制方法有两种，即固定频率PWM（CCM）和临界导通PWM（DCM）。对于相同的输出功率等级来说，DCMPFC电路中的峰值电流要比CCMPFC电路中的峰值电流大。一般说来，对于小功率PFC电路，采用DCM的控制方法；对于大功率PFC电路，则采用CCM的控制方法；对于中间功率，则希望电路根据输入电压和负载工作在CCM或DCM，这样就可以提高电路的效率。

    本文介绍了一种固定关断时间，开通时间可以调整的功率因数校正电路，它的控制方法被称为固定关断时间控制(Fixed-off-time-control)。本文以L6562芯片为核心，增加少量的无源器件，实现了关断时间固定的目的，并以这种固定关断时间的控制方法制作了一台350W的PFC电路原理样机，进行了理论分析，给出了实验波形。

1    工作原理

    固定关断时间控制的电路图如图1所示。如果一种控制芯片的工作频率可以自动调整，另外，它的某个管脚有一个高的钳位电压（V_clamp）和一个低的触发电压（V_trigger），再利用芯片的PWM信号就可以实现固定关断时间控制。我们把具有这样特性的管脚定义为管脚A，输出PWM信号的管脚定义为管脚B。下面介绍这种固定关断时间控制方法的工作原理。

(a)    电路

(b)    时序图

图1    固定关断时间实现电路和相应的时序图

    当管脚B输出高电平时，二级管D就正向导通，通过R₁快速给电容C₂充电，因为管脚A有一个钳位电压，所以电容C₂就会被钳在管脚A的钳位电压；当管脚B输出低电平时，二级管D就反向阻断，此时电容C₂就通过R₂放电，一直到电容C₂上的电压等于管脚A的触发电压时，管脚B就会由低电平变为高电平，电容C₂将重新被充电至

    管脚A的钳位电压。根据上面的分析，开关管的关断时间就由电容C₂和电阻R₂来确定，因此，只要电容C₂和电阻R₂的大小确定，那么电容C₂的放电时间也就确定，也就是开关管的关断时间就确定了，这样就可以控制关断时间。

2    参数设计

    这种新颖的功率因数校正电路如图2所示。其主要参数如下：

    输入电压    AC 90～265V；

    频率    47～63Hz；

    输出电压    400V；

    输出最大功率    350W；

    最大开关工作频率    f_max=100kHz。

图2    主电路图

2.1    确定所需要的关断时间t_off

    t_off=（1）

2.2    确定R₂及C₂

    选取一个大概几百pF的电容C₂，然后就可以确定电阻R₂

    R₂=（2）

2.3    确定R₁电阻R₁必须满足式（3）。

    <R₁<R₂（3）

式中：V_B为门极驱动电压；

      V_Bmax为最大的门极驱动电压；

      V_clamp为管脚A的钳位电压；

      V_F为二级管正向导通时的压降；

      I_A为芯片的钳位电流。

2.4    C₁的选取

    为了使芯片能够承受相应的过应力，电容C₁必须满足式（4）。

    C₁<C₂（4）

    根据上面的公式，可以确定所需的参数：

    R₁=2.2kΩ；C₁=220pF；R₂=3.9kΩ；C₂=560pF

3    实验结果

    本文以L6562为核心设计了一种固定关断时间的新颖PFC电路，它的主要特点就是固定了MOSFET的关断时间。在这种控制方法下，当输入电压过零点附近时电路以DCM模式工作，在输入电压峰值附近时电路以CCM模式工作。实验证明实现了固定关断时间控制。图3和图4分别给出了在电压过零和峰值附近时的PWM驱动信号波形；图5和图6分别给出了输出满载时，在输入电压为115V和230V时的电感电流波形；图7和图8分别给出了输出满载时，在输入电压为115V和230V时的输入电流波形。实验结果表明，在整个输入电压范围之内，实现了固定关断时间控制。

图3    电压过零时驱动信号

图4    电压峰值时驱动信号

图5    电感电流波形（V_in=115V）

图6    电感电流波形（V_in=230V）

图7    输入电流波形（V_in=115V）

图8    输入电流波形（V_in=230V）

4    结语

    以L6562为核心设计的固定关断时间的PFC电路，经过相应的参数设计，实现了关断时间的固定控制。对于中间功率PFC电路，采用这种固定关断时间控制方法，可以降低电路的损耗，提高电路的效率；另外这种控制方式简单，成本低。因此，这种新颖的控制方法实现了低成本，高效率。