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1、1BOOST电路n功率因素校正（功率因素校正（PFC）n基于基于Boost电路的电路的PFC变换器及其控制方法变换器及其控制方法nPFC典型芯片典型芯片UC3854介绍介绍n基于基于Boost电路的电路的PFC变换器设计实例变换器设计实例2功率因素校正-谐波的危害3功率因素校正-谐波的危害n传统的传统的AC-DC变换器和开关电源，其输入变换器和开关电源，其输入电路普遍采用了全桥二极管整流，输出端电路普遍采用了全桥二极管整流，输出端直接接到大电容滤波器。直接接到大电容滤波器。n虽然不可控整流器电路简单可靠，但它们虽然不可控整流器电路简单可靠，但它们产生高峰值电流，使输入端电流波形发生产生高峰值电
2、流，使输入端电流波形发生畸变，使交流电网一侧的功率因素下降到畸变，使交流电网一侧的功率因素下降到0.50.65，无功损耗过大无功损耗过大。 因此我们必须引入功率因素较正因此我们必须引入功率因素较正 4功率因数和功率因数校正 coscoscos11rms1rmsrmsrmsrmsrmsIIIVIVPPPF视在有功n功率因数的定义n功率因数校正的任务n正弦化，使电流失真因数n同相位，使相移因数 11cos 5功率因素校正（PFC）功率因素校正功率因素校正PFC是十几年电源技术进步的重大领域，它是十几年电源技术进步的重大领域，它的基本原理是：的基本原理是：n是电源输入电流实现正弦波，正弦化就是要使其
3、谐波为是电源输入电流实现正弦波，正弦化就是要使其谐波为零，零，电流失真因数电流失真因数n保证电流相位与输入电压保持同相位，两波形同相位，保证电流相位与输入电压保持同相位，两波形同相位，相移因数相移因数 n最终实现功率因素最终实现功率因素PF=1的设计工作目标的设计工作目标cos116功率因素校正（PFC）n两种主要的功率因素校正的方法两种主要的功率因素校正的方法1) 无源无源PFC技术技术2) 有源有源PFC技术技术7功率因素校正（PFC）n单管功率因素校正变换器的概念单管功率因素校正变换器的概念 只用一个主开关管，可使功率因数校正到只用一个主开关管，可使功率因数校正到0.8以上，并使输出直流
4、电压可调，这种拓扑结构以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级称为单管单级PFC变换器。变换器。8功率因素校正（PFC） 单管功率因素校正变换器的电路类型单管功率因素校正变换器的电路类型nBucknBoostnBoost-BucknZetanCuknSepic9BOOST电路n功率因素校正（功率因素校正（PFC）n基于基于Boost电路的电路的PFC变换器及其控制方法变换器及其控制方法nPFC典型芯片典型芯片UC3854介绍介绍n基于基于Boost电路的电路的PFC变换器设计实例变换器设计实例10功率因素校正（PFC）n 基于基于Boost电路的电路的PFC变换器的提出变换器的提出
5、 n Boost用于用于PFC的优势的优势 1.Boost可工作在三种模态可工作在三种模态CCM,BCM,DCM 2.储能电感又是滤波器，可抑制电磁干扰储能电感又是滤波器，可抑制电磁干扰EMI 和射频干扰和射频干扰RFI 电流波形失真小电流波形失真小 3.输出功率大输出功率大 4.共源极可简化驱动电路等优点共源极可简化驱动电路等优点 11基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法-概述nCCMnDCMnBCM12基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法DCMnDCMn假定在稳态条件下，在一个开关周期内，假定在稳态条件下，在一个开关周期内，MOS管的导通时间为管的导通时间为Ton，输入电，
6、输入电压为压为Ui，电感电流为，电感电流为i，电感电流峰值为，电感电流峰值为 ，电感量为，电感量为L，电感电流达到峰，电感电流达到峰值时，对应的输入电压为。则在值时，对应的输入电压为。则在MOS管导通期间，有：管导通期间，有： 其中，其中， ， 因此因此 iudtdiLonTidtdimaxionULTimaxmaxin如果输入周期内各开关周期的占空比近似不变时，电感电流的峰值与输入电压成正比。因此，输入电流波形自然跟随输入电压波形，电路不需要电流控制环即可实现PFC功能。13基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法DCMnDCM的关键的关键 要想保证电路在一定电压范围内处于断续模式，关键
7、是电感要想保证电路在一定电压范围内处于断续模式，关键是电感量的设计，下面给出电感量设计的最终公式：量的设计，下面给出电感量设计的最终公式： d1其中为其中为MOS管导通占空比，管导通占空比，d2为续流二极管导通占空比，为续流二极管导通占空比，L为电感量，为电感量，fs为开关频率，为开关频率，Po为输出功率，为输出功率，mmin为为Vo/Vin )(2)sin(minmin2min21mfPfLtmVmdddoso0min2minsin11sin)(tdtmtmf14基于Boost电路的PFC变换器及其控制方法DCMn要保证电感电流断续，必须满足要保证电感电流断续，必须满足d1+d250%时，电
8、流环会产生次谐波振时，电流环会产生次谐波振荡现象，这种现象常出现在恒频荡现象，这种现象常出现在恒频PWM DC/DC变换器中，因此，变换器中，因此，这个电路中也会发生这种现象。为了克这个电路中也会发生这种现象。为了克 服服 这一现象，必须在比较这一现象，必须在比较器的输人端加一斜坡补偿函数，但有时即使斜坡补偿后仍然不太器的输人端加一斜坡补偿函数，但有时即使斜坡补偿后仍然不太理想。理想。23PFC控制方法CCM-Average Current Control2. 平均电流控制平均电流控制 平均电流控制的原理框图入下平均电流控制的原理框图入下24PFC控制方法CCM-Average Current
9、 Control 25PFC控制方法CCM-Average Current Controln平均电流控制的优点平均电流控制的优点q电流环有较高的增益带宽电流环有较高的增益带宽q跟踪误差小跟踪误差小q瞬态特性较好瞬态特性较好qTHD(50%时，电流环会产生时，电流环会产生次谐波振荡现象。次谐波振荡现象。（2）平均电流控制）平均电流控制 ：优点是电流环有较高的增益带宽、跟踪误差小、优点是电流环有较高的增益带宽、跟踪误差小、瞬态特性较好、瞬态特性较好、THD(5%)和和EMI小、对噪声不敏感、开关频率固定、小、对噪声不敏感、开关频率固定、适用于大功率应用场合，其缺点是参考电流与实际电流的误差随着占适
10、用于大功率应用场合，其缺点是参考电流与实际电流的误差随着占空比的变化而变化，从而可能会产生低次电流谐波。空比的变化而变化，从而可能会产生低次电流谐波。（3）滞环电流控制）滞环电流控制 ：优点是电流环带宽高，具有很强且具有很强的鲁优点是电流环带宽高，具有很强且具有很强的鲁棒性和快速动态响应能力，电流跟踪误差小，硬件实现容易。其缺点棒性和快速动态响应能力，电流跟踪误差小，硬件实现容易。其缺点负载大小对开关频率影响较大，不利于设计输出滤波器的优化设计。负载大小对开关频率影响较大，不利于设计输出滤波器的优化设计。（4）单周控制：）单周控制：能优化系统响应、减小畸变和抑制电源干扰，有反应能优化系统响应、
11、减小畸变和抑制电源干扰，有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强、易于实现、抗电源干扰、控制电路简快、开关频率恒定、鲁棒性强、易于实现、抗电源干扰、控制电路简单等优点。单等优点。37上节内容回顾上节内容回顾 谐波污染的治理主要途径：谐波污染的治理主要途径：n无源电力滤波器（PPF）n有源电力滤波器（APF）n有源功率因数校正器（APFC） 基于boost的PFC DCM BCM CCM 平均电流控制 峰值电流控制 滞环控制 单周期控制 38BOOST电路n功率因素校正（功率因素校正（PFC）n基于基于Boost电路的电路的PFC变换器及其控制方法变换器及其控制方法nPFC典型芯片典型芯片UC3854介
12、绍介绍n基于基于Boost电路的电路的PFC变换器设计实例变换器设计实例39PFC典型芯片UC3854介绍n概述概述n各引脚功能各引脚功能n构成构成n内部结构内部结构n性能性能n设计特点设计特点n极限工作条件极限工作条件n功率级应用范围功率级应用范围40PFC典型芯片UC3854介绍-概述n1994年底年底UC公司推出了公司推出了UC3854。n随着随着Unitrode，Motorola，Silicon，Siemens等公等公司相继推出了各种有源功率因数校正芯片，如司相继推出了各种有源功率因数校正芯片，如UC3852、UC3854,3854AB、UC3855、MC34261、ML4812、ML
13、4821、TDA4814等等 ,单单相有源功率因数校正技术发展很快。相有源功率因数校正技术发展很快。41PFC典型芯片UC3854介绍-概述nUC3854为电源提供有源功率因素校正，它能按为电源提供有源功率因素校正，它能按正弦的电网电压来牵制非正弦的电流变化，该正弦的电网电压来牵制非正弦的电流变化，该器件能最佳的利用供电电流使电网电流失真减器件能最佳的利用供电电流使电网电流失真减到最小，执行所有到最小，执行所有PFC的功能的功能42PFC典型芯片UC3854介绍-概述43PFC典型芯片UC3854介绍-各引脚功能 UC3854各引脚功能各引脚功能n引脚引脚1(Gnd)：所有的电压测量都以：所有
14、的电压测量都以Gnd脚的地脚的地电平为参考基准电平为参考基准.n引脚引脚2(PKLMT):峰值电流限制脚峰值电流限制脚.n引脚引脚3(CA Out):电流误差放大器输出脚电流误差放大器输出脚.n引脚引脚4(Isense):电流误差放大器反向输入端电流误差放大器反向输入端n引脚引脚5(Mult Out):乘法器输出端和电流误差放乘法器输出端和电流误差放大器正向输入端大器正向输入端.n引脚引脚6(Iac):交流电流输入端交流电流输入端.n引脚引脚7(VA Out):电压放大器输出电压放大器输出.n引脚引脚8(Vrms):电网电压有效值端电网电压有效值端.44PFC典型芯片UC3854介绍-各引脚功
15、能n引脚引脚9(Vref):电压基准输出端电压基准输出端.n引脚引脚10(ENA):使能控制端使能控制端.n引脚引脚11(Vsense):电压放大器的反向输电压放大器的反向输入端入端. n引脚引脚12(Rset):振荡器充电电流和乘法器振荡器充电电流和乘法器电流限制设置端电流限制设置端n引脚引脚13(SS):软启动端软启动端.n引脚引脚14(Ct):振荡器电容器设置端振荡器电容器设置端.n引脚引脚15(Vcc):正极性电源电压正极性电源电压.n引脚引脚16(GT Drv):栅极驱动栅极驱动.45PFC典型芯片UC3854介绍-构成 UC3854的主要构成的主要构成n电压误差放大器电压误差放大器
16、n电网预置器（前馈电压）电网预置器（前馈电压）n模拟乘法器模拟乘法器n电流误差放大器电流误差放大器n三角波振荡器三角波振荡器nPWM比较器比较器nRS触发器触发器n与与MOSFET兼容的栅极驱动器兼容的栅极驱动器n7.5V参考电压参考电压n欠压比较器欠压比较器n过流比较器过流比较器n软启动逻辑软启动逻辑46PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构电压误差放大器电压误差放大器47PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构电网预置器（前馈电网预置器（前馈电压电压）48PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构模拟乘法器模拟乘法器49PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构电流误差放大电流误差放大器器5
17、0PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构PWM比较器比较器51PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构三角波振荡器三角波振荡器52PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构RS触发器触发器53PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构 与与MOSFET兼容兼容的栅极驱动器的栅极驱动器54PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构 7.5V的参考电压的参考电压55PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构 欠压比较器欠压比较器56PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构 过流比较器过流比较器57PFC典型芯片UC3854介绍-内部结构 软启动逻辑软启动逻辑58PFC典型芯片UC3854介绍-性能nUC
18、3854的主要性能为：的主要性能为：n适用于适用于Boost型电路型电路n适用于适用于CCM工作模式工作模式n平均电流控制平均电流控制n开关频率恒定，最高为开关频率恒定，最高为200kHzn最大占空比为最大占空比为95%，n单信号输出单信号输出n输出驱动电压输出驱动电压14.5V，输出驱动电流，输出驱动电流1An软起动软起动n输入电源欠压保护输入电源欠压保护n输出过载保护功能输出过载保护功能59PFC典型芯片UC3854介绍-设计特点 UC3854的设计特点的设计特点1）控制功率因素达到控制功率因素达到0.992）限制电网电流失真限制电网电流失真5%3）适用于全球电网电压（适用于全球电网电压（
19、80270AC)4）前馈电网电压调节、低噪声、高灵敏度前馈电网电压调节、低噪声、高灵敏度5）平均电流模式控制平均电流模式控制6）低启动电源电流，精密电压基准低启动电源电流，精密电压基准7）固定频率脉宽调制固定频率脉宽调制(PWM)8）低失调模拟乘法器低失调模拟乘法器9) 1A栅极驱动器栅极驱动器60PFC典型芯片UC3854介绍-工作条件nUC3854的极限工作条件的极限工作条件1）电源电压）电源电压Vcc:35V2）栅极驱动：连续状态下为）栅极驱动：连续状态下为0.5A,50%占空比下为占空比下为1.5A3）输入电压）输入电压 、 :11V， 、 ：11V，PKLMT:5V4）输入电流、）输
20、入电流、 、 、PKLMT和和ENA:10mA5）功率损耗：）功率损耗：1W6）贮存温度范围：）贮存温度范围：-65+1507）引线温度（焊锡）：）引线温度（焊锡）：+300 8）注意：所有的电压值均以地为参考（脚）注意：所有的电压值均以地为参考（脚1）；所有的电流）；所有的电流都按正极性流入规定端点；都按正极性流入规定端点；ENA输入钳位在约输入钳位在约14VSENSEVRMSVSENSEIMultOutACISETR61PFC典型芯片UC3854介绍-功率级的应用范围n升压型升压型PFC功率因素校正器的功率因素校正器的控制电路控制电路，几乎，几乎不随变换器的功率大小而变。不随变换器的功率大
21、小而变。 一般一般500W的的PFC与一个与一个50W的的PFC控制控制电路基本相同，不同之处仅在功率电路，但电路基本相同，不同之处仅在功率电路，但控控制电路制电路设计步骤基本相同。设计步骤基本相同。62BOOST电路n功率因素校正（功率因素校正（PFC）n基于基于Boost电路的电路的PFC变换器及其控制方法变换器及其控制方法nPFC典型芯片典型芯片UC3854介绍介绍n基于基于Boost电路的电路的PFC变换器设计实例变换器设计实例63基于Boost电路的PFC变换器设计实例64基于Boost电路的PFC变换器设计实例1.设计指标设计指标n输入电压：80VAC270VACn输入频率：45H
22、z65Hzn输出直流电压：400VDCn输出功率：250Wn功率因数：98%n输入电流THD: 5%65基于Boost电路的PFC变换器设计实例2.开关频率开关频率 通常开关频率可以任意选择，但必须够高，使功通常开关频率可以任意选择，但必须够高，使功率电路小型化、减少失真并保持高的变换效率。在多率电路小型化、减少失真并保持高的变换效率。在多数应用中，数应用中，20300kHz的开关频率范围是可接受的折的开关频率范围是可接受的折中方案。作为体积和效率的折中，本例采用中方案。作为体积和效率的折中，本例采用100kHz的开关频率。此外，电感值要合理的取小一些，使畸的开关频率。此外，电感值要合理的取小
23、一些，使畸变尖峰保持在最小范围内，电感的体积也尽可能的小，变尖峰保持在最小范围内，电感的体积也尽可能的小，由二极管引起的损耗不能过大。由二极管引起的损耗不能过大。66基于Boost电路的PFC变换器设计实例电感设计电感设计电感的选择电感的选择67基于Boost电路的PFC变换器设计实例3.电感的选择电感的选择 电感值决定了，输入端高频纹波电流总量，可按给出的电感值决定了，输入端高频纹波电流总量，可按给出的纹波电流值纹波电流值I来选择电感值。来选择电感值。 电感值的确定从输入正弦电流的峰值开始，而最大的峰电感值的确定从输入正弦电流的峰值开始，而最大的峰值电流出现在最小电网电压的峰值处：值电流出现
24、在最小电网电压的峰值处： 由上式可知，在此范例中，功率为由上式可知，在此范例中，功率为250W,最小电网电压最小电网电压为为80V，此时最大峰值电流为，此时最大峰值电流为4.42A.68基于Boost电路的PFC变换器设计实例3.电感的选择电感的选择 电感中的峰电感中的峰-峰值纹波电流，通常选择在最大峰值电流的峰值纹波电流，通常选择在最大峰值电流的20%左右，左右，在此例中在此例中,最大峰值电流为最大峰值电流为4.42A,故峰故峰-峰值纹波电流取峰值纹波电流取 I =900mA. 电感值根据最低输入电压时半个正弦波顶部的峰点的电流来选择，电感值根据最低输入电压时半个正弦波顶部的峰点的电流来选择
25、，此时此时 Vin=1.41480=113.12V, fs=100kHz 根据此处电压和和开关频率的占空比来选择根据此处电压和和开关频率的占空比来选择： 由上式可得由上式可得L=0.89mH,取整为取整为1mH.69基于Boost电路的PFC变换器设计实例电容设计电容设计输出电容的选择输出电容的选择70基于Boost电路的PFC变换器设计实例4.输出电容输出电容 涉及输出电容的选择因素有开关频率纹波电流、涉及输出电容的选择因素有开关频率纹波电流、2次次纹波电流、直流输出电压、输出纹波电压和维持时间。纹波电流、直流输出电压、输出纹波电压和维持时间。流过输出电容的总电流，是开关频率的纹波电流的有效
26、流过输出电容的总电流，是开关频率的纹波电流的有效值和线路电流的值和线路电流的2次谐波，通常选择大电解电容作为输次谐波，通常选择大电解电容作为输出电容，其等效串联电阻（出电容，其等效串联电阻（ESR）随频率的变化而变化）随频率的变化而变化（低频时一般很大）。通常电容所能控制的电流总量还（低频时一般很大）。通常电容所能控制的电流总量还取决于温升。温升的确切值一般不用计算出，只要计算取决于温升。温升的确切值一般不用计算出，只要计算出由于高频纹波电流和低频纹波电流所引起的温升之和出由于高频纹波电流和低频纹波电流所引起的温升之和就够了。电容的就够了。电容的datasheet会提供必要的会提供必要的ESR
27、和温升值。和温升值。71基于Boost电路的PFC变换器设计实例4.输出电容输出电容 在此例中，电容的选择还是主要考虑维持时间。维持在此例中，电容的选择还是主要考虑维持时间。维持时间是在电源关闭以后，输出电压仍然能保持在规定时间是在电源关闭以后，输出电压仍然能保持在规定范围内的时间长度，其典型值为范围内的时间长度，其典型值为1550ms.在在250W、DC400输出的离线电源中，其维持时间对电容值的要输出的离线电源中，其维持时间对电容值的要求每瓦输出为求每瓦输出为12uF（经验值）（经验值）.另可根据以下公式确另可根据以下公式确定（能量守恒）：定（能量守恒）： 式中，式中，Pout=250W,
28、 t=64ms,Vo（min）=300V,可可计算得计算得Co=457uF,这里我们选用这里我们选用450V 450uF的电解电的电解电容。容。72基于Boost电路的PFC变换器设计实例功率管和二极管功率管和二极管73基于Boost电路的PFC变换器设计实例5.开关管和二极管开关管和二极管 开关管和二极管必须能充分确保电路可靠的工作。一开关管和二极管必须能充分确保电路可靠的工作。一般来说，开关管的额定电流必须至少要大于般来说，开关管的额定电流必须至少要大于电感电流的电感电流的峰值峰值，额定电压至少大于，额定电压至少大于输出电压输出电压，对二极管的要求也，对二极管的要求也是一样的。二极管必须速
29、率很快，以减少开关损耗（是一样的。二极管必须速率很快，以减少开关损耗（电电感电流连续感电流连续,存在反向恢复问题存在反向恢复问题）。）。 74基于Boost电路的PFC变换器设计实例5.开关管和二极管开关管和二极管 此例中，二极管必须是快速高压型的，反向恢复时间为此例中，二极管必须是快速高压型的，反向恢复时间为35ns,600V 的击穿电压，的击穿电压，8A的正向额定电流。功率的正向额定电流。功率MOSFET为为500V击穿电压，击穿电压，23A的额定直流电流。此例的开关损耗主要是由二极管的反向恢复电流的额定直流电流。此例的开关损耗主要是由二极管的反向恢复电流引起的。引起的。二极管关断和开关管
30、开通时的电流电压实验波形二极管关断和开关管开通时的电流电压实验波形75基于Boost电路的PFC变换器设计实例6.电感电流检测电感电流检测 两种常用的检测电流的方法：两种常用的检测电流的方法：（1）在变换器到地之间使用一检测电阻在变换器到地之间使用一检测电阻.（2）使用电流互感器使用电流互感器.76基于Boost电路的PFC变换器设计实例检测电阻检测电阻77基于Boost电路的PFC变换器设计实例6.电流传感检测电流传感检测 在此例中，运用电流检测电阻来检测电流（如上图页在此例中，运用电流检测电阻来检测电流（如上图页图所示），此电阻值产生的信号够大以不受图所示），此电阻值产生的信号够大以不受噪
31、声干扰噪声干扰，同时小到以不至于产生过大的同时小到以不至于产生过大的能量损失能量损失。压降为。压降为1V左右左右的检测电阻是一个不错的选择，这里选择的检测电阻是一个不错的选择，这里选择0.25欧姆的电欧姆的电阻做为阻做为Rs，在最坏情况下，在最坏情况下，5.6A的峰值电流将会产生最的峰值电流将会产生最大大1.4V的压降的压降.78基于Boost电路的PFC变换器设计实例峰值限制分压电阻峰值限制分压电阻79基于Boost电路的PFC变换器设计实例7 .峰值电流限制峰值电流限制 UC3854的峰值限制功能，在电感电流的瞬时值电流的峰值限制功能，在电感电流的瞬时值电流超过最大值，即超过最大值，即2管
32、脚低于地电平时被激活，将开关断管脚低于地电平时被激活，将开关断开。电流限制值有基准电压除以电流检测电阻的分压开。电流限制值有基准电压除以电流检测电阻的分压来设置：来设置：式中，式中， 和和 是分压电阻；是分压电阻； 值为值为7.5V； 是检测电是检测电阻阻 Rs 上的电压值。通过上的电压值。通过 的电流大约为的电流大约为1mA，在本，在本例峰值电流限制在例峰值电流限制在5.6A， 取取10 ， 取取1.8 。在加上个小电容在加上个小电容 ，可在低电网电压时避免噪声干扰。，可在低电网电压时避免噪声干扰。 REFPKRSPKVRVR121PKR2PKRk1PKR2PKRkREFVPKCRSV2PK
33、R80基于Boost电路的PFC变换器设计实例前馈电压分压电阻前馈电压分压电阻81基于Boost电路的PFC变换器设计实例8 .前馈电压信号前馈电压信号 是输入到平方器电路的电压是输入到平方器电路的电压，UC3854平方器电路通平方器电路通常在常在1.44.5V的范围内工作。的范围内工作。UC3854内有一个钳位电内有一个钳位电路，即使输入超过该值，都将前馈电压路，即使输入超过该值，都将前馈电压 的有效值限制的有效值限制在在4.5V。前馈输入电压分压器有。前馈输入电压分压器有3个电阻个电阻 、 、 ，及两个电容及两个电容 、 。因此它能进行两级滤波并提供分。因此它能进行两级滤波并提供分压输出。
34、分压器和电容形成一个二阶低通滤波器，所以压输出。分压器和电容形成一个二阶低通滤波器，所以其直流输出是和正弦半波的平均值成正比的。平均值是其直流输出是和正弦半波的平均值成正比的。平均值是正弦半波有效值的正弦半波有效值的90%，如过交流电网的有效值是，如过交流电网的有效值是270V，其平均值是其平均值是243V,而峰值是而峰值是382V.FFV1FFR2FFR3FFR1FFC2FFCFFV82基于Boost电路的PFC变换器设计实例8 .前馈电压信号前馈电压信号 前馈电压前馈电压 分压器有两个直流条件需要满足。在高输分压器有两个直流条件需要满足。在高输入电网电压下，前馈电压应不高于入电网电压下，前
35、馈电压应不高于4.5V，当达到或超过，当达到或超过此值时，前馈电压被钳制而失去前馈功能。在低输入电此值时，前馈电压被钳制而失去前馈功能。在低输入电网电压时，应设置分压器使前馈电压等于网电压时，应设置分压器使前馈电压等于1.414V， 如果如果 不到不到1.414V，内部限流器将使乘法器输出保持恒定。，内部限流器将使乘法器输出保持恒定。 在本例中，分压电阻在本例中，分压电阻 是是910 ， 是是91 ， 是是20 。当输入电压是。当输入电压是AC270V 时，直流平均值是时，直流平均值是243V，此时此时 的最大值将是的最大值将是4.76V，当输入电压是，当输入电压是AC80时，直时，直流平均值
36、为流平均值为72V，此时，此时 是是1.41V.FFVFFVFFVFFV1FFR2FFR3FFRkkk83基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器设置乘法器设置84基于Boost电路的PFC变换器设计实例9.乘法器的设置乘法器的设置 乘法器、除法器是功率因素校正器的核心。乘法器的输出调节乘法器、除法器是功率因素校正器的核心。乘法器的输出调节电流环用以控制输入电流功率因素提高。因此此乘法器的输出是电流环用以控制输入电流功率因素提高。因此此乘法器的输出是个表达输入电流的信号。个表达输入电流的信号。 与多数从输出开始到输入的设计任务不同，乘法器电路的设计必须与多数从输出开始到输入的设计任务不同
37、，乘法器电路的设计必须从输入端开始。乘法器有三个输入端：调节电流端从输入端开始。乘法器有三个输入端：调节电流端 （脚（脚6）、来）、来自输入自输入 的前馈电压端的前馈电压端 （脚（脚8）、电压误差放大的输出端）、电压误差放大的输出端 （脚（脚7）。乘法器的输出是）。乘法器的输出是电流信号电流信号Imo（脚（脚5）：）： 式中，式中，Km=1是个常数，是个常数， 是整流后的输入电流，是整流后的输入电流， 是电压误是电压误差放大器输出，差放大器输出， 是前馈电压。是前馈电压。 2) 1(FFVEAACmmoVVIKIFFVACIVEAVFFVACIVEAV85基于Boost电路的PFC变换器设计实
38、例乘法器输入电流电阻设置乘法器输入电流电阻设置86基于Boost电路的PFC变换器设计实例10.乘法器输入电流乘法器输入电流 乘法器的乘法器的输入输入电流来自经电流来自经 的输入电压，乘法器在较高的输入电压，乘法器在较高电流下有较好的线性度，但推荐的最大电流是电流下有较好的线性度，但推荐的最大电流是0.6mA。在高。在高网电压时，峰值电压是网电压时，峰值电压是382V,脚脚6上的电压是上的电压是6V， 用用 620 的电阻值得到最大的的电阻值得到最大的 值是值是0.6mA.因为引脚因为引脚6上的电压是上的电压是6.0V,为使电路正常工作，在输入波形为使电路正常工作，在输入波形 处，需要一个偏处
39、，需要一个偏置电流。在基准电压置电流。在基准电压 和脚和脚6之间接之间接1个电阻个电阻 ， 就能提就能提供最小偏置电流，供最小偏置电流， ， 其值取其值取150 。 VACR0INVREFV1bR41VACbRR1bRVACRkkACI87基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器电流限流电阻乘法器电流限流电阻88基于Boost电路的PFC变换器设计实例11.乘法器输出电流乘法器输出电流 乘法器的最大输入电流乘法器的最大输入电流Imo，出现在，出现在低电网线路输入正弦波的峰值低电网线路输入正弦波的峰值处。处。 此时，此时， 为为5V, 为为2， 由上可得，由上可得，Imo 的最大值为的最大
40、值为365uA.Imo不会大于两倍的不会大于两倍的 .AKRVIVACINAC1826208022minVEAV2FFV2) 1(FFVEAACmmoVVIKIACI89基于Boost电路的PFC变换器设计实例11.乘法器输出电流乘法器输出电流 电流电流Iset是乘法器输出电流的另一个限制点。是乘法器输出电流的另一个限制点。Imo不能大不能大于于 ，对于本例电路可得到最大值，对于本例电路可得到最大值 ，因此可，因此可选选10 。 kSETR/75. 3kRSET27.1090基于Boost电路的PFC变换器设计实例乘法器出电流电阻设置乘法器出电流电阻设置91基于Boost电路的PFC变换器设计
41、实例11.乘法器输出电流乘法器输出电流 为了形成电流环的反馈回路，乘法器的输出电流为了形成电流环的反馈回路，乘法器的输出电流Imo必须与一个必须与一个正比与电感电流的电流相加，形成负反馈。接在乘法器输出和电流检正比与电感电流的电流相加，形成负反馈。接在乘法器输出和电流检测电阻的电阻测电阻的电阻 执行这一功能，它使乘法器的输出端成为电感电流执行这一功能，它使乘法器的输出端成为电感电流和基准电流的求和结点。和基准电流的求和结点。 在此例中，存在着以上的一个约束方程，电感电流的峰值电流被在此例中，存在着以上的一个约束方程，电感电流的峰值电流被限定在限定在5.6A，电流检测电阻是，电流检测电阻是0.2
42、5 ，所以检测电阻上的峰值电压，所以检测电阻上的峰值电压是是1.4V。乘法器最大输出电流是。乘法器最大输出电流是365uA，所以合成电阻，所以合成电阻 应该是应该是3.84 ，可选，可选3.9 。kkmoRmoRsLmomoRiRI92基于Boost电路的PFC变换器设计实例振荡器频率设置振荡器频率设置93基于Boost电路的PFC变换器设计实例12.振荡器频率振荡器频率 振荡器的频率由电容振荡器的频率由电容 和电阻和电阻 来设定，来设定， 已知为已知为10 ， 开关频率开关频率 要设定为要设定为100kHz，电容即由下式决定：，电容即由下式决定： 所以所以 为为0.00125uF。SETRS
43、SETTfRC25. 1SfSETRkTCTC94基于Boost电路的PFC变换器设计实例电流误差放大器的补偿电流误差放大器的补偿95基于Boost电路的PFC变换器设计实例13.电流误差放大器的补偿电流误差放大器的补偿(1) 计算电感电流下降时在检测电阻两端所造成的压降，计算电感电流下降时在检测电阻两端所造成的压降，再除以开关频率，方程为：再除以开关频率，方程为： vrs = (4000.25)/(0.00110,000) =1.0V 此电压必须等于此电压必须等于 Vs的峰的峰-峰值，即定时器电容上的电压峰值，即定时器电容上的电压5.2V。 误差放大器的增益为：误差放大器的增益为： Gca=
44、Vs/Vrs=5.2V/1V=5.296基于Boost电路的PFC变换器设计实例(2)反馈电阻，设反馈电阻，设Rci=Rmo=3.9 Rcz=GcaRci=5.23.9=20(3)电流环穿越频率电流环穿越频率： 15.7KHz (4)选选Ccz，选择选择45相位范围，在环路穿越频率处设置零点。相位范围，在环路穿越频率处设置零点。 ,取取620pFkk97基于Boost电路的PFC变换器设计实例(5)选择选择Ccp，极点必须在极点必须在fs/2上上， 取取62pF98基于Boost电路的PFC变换器设计实例分压设置分压设置电压误差放大器补偿电压误差放大器补偿99基于Boost电路的PFC变换器设
45、计实例14.电压误差放大器的补偿电压误差放大器的补偿 THD为为5，选，选3%的的3次谐波交流输入作为规范次谐波交流输入作为规范值。值。1.5%分配做分配做Vff输入，输入，0.75%到输出纹波电压，到输出纹波电压，或或1.5%到到Vvac。留下。留下0.75%分配到各种非线性器分配到各种非线性器件件100基于Boost电路的PFC变换器设计实例 (1)输出纹波电压：输出纹波电压由下式决定，式中输出纹波电压：输出纹波电压由下式决定，式中 fr是是2次谐波的次谐波的频率：频率：（2）放大器增益的设置：）放大器增益的设置：Vo(pk)必须减少到电压误差放大器输出所必须减少到电压误差放大器输出所允许
46、的纹波电压，这就是要设置误差放大器在允许的纹波电压，这就是要设置误差放大器在2次谐波频率点上的次谐波频率点上的增益，公式如下：增益，公式如下： 对于对于UC3854, 为为5-1=4V,例中例中101基于Boost电路的PFC变换器设计实例（3）反馈网络的数值：取）反馈网络的数值：取Rvi为为511 ， 取取0.047uF（4）设置分压电阻：）设置分压电阻： 取取10 kk102基于Boost电路的PFC变换器设计实例（5）极点频率）极点频率: 升压级增益为：升压级增益为： 它包括乘法器、分压器和平方器在内；它包括乘法器、分压器和平方器在内；Xco是输出电容的阻抗。是输出电容的阻抗。 在放大器
47、的响应的极点上，误差放大器增益由下式给出：在放大器的响应的极点上，误差放大器增益由下式给出： 总的电压环增益为总的电压环增益为 和和 的乘积，由下式给出：的乘积，由下式给出： Xco和和Xcf两项都和频率有关，该函数有两项都和频率有关，该函数有2次方的斜率（次方的斜率（-40dB/10倍频倍频程）。程）。103基于Boost电路的PFC变换器设计实例 为求出截止频率，设为求出截止频率，设Gv=1,求解求解fvi，Xco安排在安排在 ，Xcf安排在安排在 ，方程变为；，方程变为； Rvf的值等于的值等于Cvf在在fvi的阻抗，的阻抗， 可选用可选用174 。k104基于Boost电路的PFC变换
48、器设计实例前馈电压前馈电压滤波滤波电容电容105基于Boost电路的PFC变换器设计实例15.前馈电压滤波电容前馈电压滤波电容 这些电容确定了交流输入电流上这些电容确定了交流输入电流上Vff分配的分配的3次谐波失真，并确次谐波失真，并确定所需衰减的总量。整流后的电网电压定所需衰减的总量。整流后的电网电压2次谐波含量是次谐波含量是 66.2%。THD是允许的总谐波失真百分比。是允许的总谐波失真百分比。 用两个等式连解极点，求出极点频率，用两个等式连解极点，求出极点频率，fr是是2次谐波的纹波频率。次谐波的纹波频率。 选择选择Cff1和和Cff2：106UC3854的仿真电路的仿真电路107UC3
49、854的仿真波形的仿真波形电感电流及全电感电流及全波整流电压波形波整流电压波形输入电流及输输入电流及输入电压波形入电压波形108UC3854的仿真波形的仿真波形n电流误差放大器输出及载波波形n电感电流及驱动波形109UC3854的仿真波形的仿真波形在全波整流电压0点时的驱动波形在全波整流电压波锋时的驱动波形 110UC3854的仿真波形的仿真波形n输入电流波形及频谱分析111UC3854的实验波形的实验波形112UC3854平均电流控制的小结平均电流控制的小结n这种控制方式的优点是： 1 恒频控制。 2 工作在电感电流连续状态，开关管电流有效值小、EMI滤波器体积小。 3 能抑制开关噪声。 4
50、 输入电流波形失真小。n主要缺点是： 1 控制电路复杂。 2 需用乘法器和除法器。 3 需检测电感电流。 4 需电流控制环路。 113参考文献参考文献1.刘胜利刘胜利 高频开关电源实用新技术高频开关电源实用新技术 机械工业出版社机械工业出版社2.周志敏周志敏 开关电源功率因素校正电路设计与应用开关电源功率因素校正电路设计与应用 人民邮人民邮电出版社电出版社3. PHILIP C. TODD UC3854 Controlled Power Factor Correction Circuit Design4.朱锋朱锋 基于基于UC3854与与IR1150S的的Boost PFC变换器比变换器比较较