一種新穎的電流連續模式功率因數校正電路的研究

摘要：介紹了一種固定關斷時間控制的功率因數校正電路，它的主要特點是通過外部簡單電路來控制開關管的關斷時間，從而實現了固定關斷時間，這樣可以提高輸出功率等級。實驗表明：這種控制方法實現了固定關斷時間控制。

關鍵詞：固定關斷時間；功率因數校正；電流連續模式

0??? 引言

??? 目前以Boost為主電路的PFC電路的控制方法有兩種，即固定頻率PWM（CCM）和臨界導通PWM（DCM）。對于相同的輸出功率等級來說，DCMPFC電路中的峰值電流要比CCMPFC電路中的峰值電流大。一般說來，對于小功率PFC電路，采用DCM的控制方法；對于大功率PFC電路，則采用CCM的控制方法；對于中間功率，則希望電路根據輸入電壓和負載工作在CCM或DCM，這樣就可以提高電路的效率。

??? 本文介紹了一種固定關斷時間，開通時間可以調整的功率因數校正電路，它的控制方法被稱為固定關斷時間控制(Fixed-off-time-control)。本文以L6562芯片為核心，增加少量的無源器件，實現了關斷時間固定的目的，并以這種固定關斷時間的控制方法制作了一臺350W的PFC電路原理樣機，進行了理論分析，給出了實驗波形。

1??? 工作原理

??? 固定關斷時間控制的電路圖如圖1所示。如果一種控制芯片的工作頻率可以自動調整，另外，它的某個管腳有一個高的鉗位電壓（V_clamp）和一個低的觸發電壓（V_trigger），再利用芯片的PWM信號就可以實現固定關斷時間控制。我們把具有這樣特性的管腳定義為管腳A，輸出PWM信號的管腳定義為管腳B。下面介紹這種固定關斷時間控制方法的工作原理。

(a)??? 電路

(b)??? 時序圖

圖1??? 固定關斷時間實現電路和相應的時序圖

??? 當管腳B輸出高電平時，二級管D就正向導通，通過R₁快速給電容C₂充電，因為管腳A有一個鉗位電壓，所以電容C₂就會被鉗在管腳A的鉗位電壓；當管腳B輸出低電平時，二級管D就反向阻斷，此時電容C₂就通過R₂放電，一直到電容C₂上的電壓等于管腳A的觸發電壓時，管腳B就會由低電平變為高電平，電容C₂將重新被充電至

??? 管腳A的鉗位電壓。根據上面的分析，開關管的關斷時間就由電容C₂和電阻R₂來確定，因此，只要電容C₂和電阻R₂的大小確定，那么電容C₂的放電時間也就確定，也就是開關管的關斷時間就確定了，這樣就可以控制關斷時間。

2??? 參數設計

??? 這種新穎的功率因數校正電路如圖2所示。其主要參數如下：

??? 輸入電壓??? AC 90～265V；

??? 頻率??? 47～63Hz；

??? 輸出電壓??? 400V；

??? 輸出最大功率??? 350W；

??? 最大開關工作頻率??? f_max=100kHz。

圖2??? 主電路圖

2.1??? 確定所需要的關斷時間t_off

??? t_off=（1）

2.2??? 確定R₂及C₂

??? 選取一個大概幾百pF的電容C₂，然后就可以確定電阻R₂

??? R₂=（2）

2.3??? 確定R₁電阻R₁必須滿足式（3）。

??? <R₁<R₂（3）

式中：V_B為門極驅動電壓；

????? V_Bmax為最大的門極驅動電壓；

????? V_clamp為管腳A的鉗位電壓；

????? V_F為二級管正向導通時的壓降；

????? I_A為芯片的鉗位電流。

2.4??? C₁的選取

??? 為了使芯片能夠承受相應的過應力，電容C₁必須滿足式（4）。

??? C₁<C₂（4）

??? 根據上面的公式，可以確定所需的參數：

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

3??? 實驗結果

??? 本文以L6562為核心設計了一種固定關斷時間的新穎PFC電路，它的主要特點就是固定了MOSFET的關斷時間。在這種控制方法下，當輸入電壓過零點附近時電路以DCM模式工作，在輸入電壓峰值附近時電路以CCM模式工作。實驗證明實現了固定關斷時間控制。圖3和圖4分別給出了在電壓過零和峰值附近時的PWM驅動信號波形；圖5和圖6分別給出了輸出滿載時，在輸入電壓為115V和230V時的電感電流波形；圖7和圖8分別給出了輸出滿載時，在輸入電壓為115V和230V時的輸入電流波形。實驗結果表明，在整個輸入電壓范圍之內，實現了固定關斷時間控制。

圖3??? 電壓過零時驅動信號

圖4??? 電壓峰值時驅動信號

圖5??? 電感電流波形（V_in=115V）

圖6??? 電感電流波形（V_in=230V）

圖7??? 輸入電流波形（V_in=115V）

圖8??? 輸入電流波形（V_in=230V）

4??? 結語

??? 以L6562為核心設計的固定關斷時間的PFC電路，經過相應的參數設計，實現了關斷時間的固定控制。對于中間功率PFC電路，采用這種固定關斷時間控制方法，可以降低電路的損耗，提高電路的效率；另外這種控制方式簡單，成本低。因此，這種新穎的控制方法實現了低成本，高效率。