反激式控制器將有源PFC功能電路整合在單級轉(zhuǎn)換器

　　迄今為止，電源設(shè)計(jì)一直需要采用一個(gè)額外的功率級以整合 PFC。無論是有源 PFC 還是無源 PFC，都需要增設(shè)組件，從而導(dǎo)致成本、電路尺寸和復(fù)雜性的增加。然而，凌力爾特近期宣布推出一款革命性的隔離型反激式控制器，該器件將有源 PFC 功能電路整合在單級轉(zhuǎn)換器，而無需額外的組件。

　　介紹

　　LT®3798 是一款具單級有源 PFC 功能且無需光耦合器的恒定電流 / 恒定電壓隔離型反激式控制器。通過主動調(diào)制輸入電流，能實(shí)現(xiàn)一個(gè)高于 0.97 的功率因數(shù)，從而無需額外的開關(guān)電源級和有關(guān)的組件。此外，無需光耦合器或信號變壓器實(shí)現(xiàn)反饋，因?yàn)檩敵鲭妷菏菑闹鞫朔醇ば盘栔袡z測的。

　　基于 LT3798 的設(shè)計(jì)可輕松地滿足大多數(shù)諧波電流輻射規(guī)格的要求。輸出功率值高達(dá) 100W 時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高于 86% 的效率。該器件的輸入電壓范圍與外部組件的選擇有關(guān)，而且它能夠在 90VAC 至 307VAC 的輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)作，并可容易地調(diào)節(jié)至較高或較低的輸入電壓。此外，LT3798 還可設(shè)計(jì)到輸入電壓很高的 DC 應(yīng)用中，從而使該器件非常適用于工業(yè)、EV/EHV 汽車、采礦和醫(yī)療應(yīng)用。LT3798 運(yùn)用臨界傳導(dǎo)模式工作，相比連續(xù)傳導(dǎo)模式設(shè)計(jì)，前者可使用更小的變壓器，從而進(jìn)一步減小了解決方案的尺寸。LT3798 采用耐熱性能增強(qiáng)型 16 引腳 MSOP 封裝。

　　圖 3 示出了 LT3798 的一款典型應(yīng)用電路，該電路可將一個(gè) 90VAC ~ 265VAC 的輸入電壓轉(zhuǎn)換至 24V/1A 輸出。此 IC 為電流模式開關(guān)控制器，專門用于采用一種隔離型反激式拓?fù)鋪懋a(chǎn)生一個(gè)恒定電流 / 恒定電壓電源。為了保持輸出電壓調(diào)節(jié)作用，這款設(shè)計(jì)從第二個(gè)主端變壓器繞組來檢測輸出電壓。

　　圖 3：LT3798 用作一款通用輸入 24W PFC 總線轉(zhuǎn)換器

　　LT3798 免除了增設(shè)一個(gè)光耦合器、光驅(qū)動器和副端基準(zhǔn)電壓的需要，同時(shí)保持了主端與副端之間的隔離 (只有一部分必須橫跨隔離勢壘)。另外，該器件還運(yùn)用了一種主端檢測方案，此方案能夠通過反激式主端變壓器繞組來檢測輸出電壓。在開關(guān)斷開期間，輸出二極管向輸出端提供電流，而且輸出電壓反射至反激式變壓器的主端。該反射電壓的數(shù)值為輸入電壓與輸出電壓之和，這是 LT3798 能夠重構(gòu)的。

　　在一個(gè)典型周期中，柵極驅(qū)動器接通外部 MOSFET 以使一個(gè)電流流入主端繞組。該電流以一個(gè)與輸入電壓成正比、而與變壓器的磁化電感成反比的速率增加?？刂骗h(huán)路負(fù)責(zé)確定最大電流，而一個(gè)比較器用于在其達(dá)到該電流時(shí)切斷開關(guān)。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，變壓器中的能量通過輸出二極管 D4 流出副端繞組 (參閱圖 3)。

　　LT3798 功率因數(shù)校正

　　LT3798 的 VIN_SENSE 引腳連接至一個(gè)從電源電壓引出的電阻分壓器。兩個(gè)誤差放大器輸出中靠下的那個(gè)與 VIN_SENSE 引腳電壓相乘。假如 LT3798 采用一個(gè)快速控制環(huán)路進(jìn)行配置，則 VIN_SENSE 引腳電壓變化的減緩將不會干擾電流限制或輸出電流。COMP+ 引腳電壓將根據(jù) VIN_SENSE 的變化進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。使乘法器起作用的唯一方法是把控制環(huán)路的操作速度設(shè)定為比 VIN_SENSE 信號的基礎(chǔ)頻率低一個(gè)數(shù)量級。在離線操作的情況下，電源電壓的基礎(chǔ)頻率為 120Hz，于是控制環(huán)路單位增益頻率必須設(shè)定為約低于 12Hz。由于在副端上未儲存大量的能量，因此輸出電流將受到電源電壓變化的影響，但輸出電流的 DC 分量將是準(zhǔn)確的。一個(gè)內(nèi)部乘法器通過使主電源開關(guān)的峰值電流與線路電壓成比例，使得 LT3798 實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)和低諧波分量。對于大多數(shù)設(shè)計(jì)，基于 LT3798 的設(shè)計(jì)均能獲得高于 0.97 的功率因數(shù)，并將滿足大部分諧波輻射規(guī)格的要求。

　　變壓器的設(shè)計(jì)考慮因素

　　變壓器的規(guī)格與設(shè)計(jì)是成功應(yīng)用 LT3798 的一個(gè)關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)。除了應(yīng)對高頻隔離式電源變壓器設(shè)計(jì)的一系列常見注意事項(xiàng) (例如：低漏電感) 之外，以下信息也是應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎考慮的。由于變壓器副端上的電流是利用主端上的采樣電流推知的，因此必須嚴(yán)格控制變壓器匝數(shù)比以確保提供一個(gè)恒定的輸出電流。變壓器之間的 ±5% 匝數(shù)比容差有可能在輸出調(diào)節(jié)中導(dǎo)致超過 ±5% 的偏差。幸運(yùn)的是，大多數(shù)磁性組件制造商都能夠保證 1% 或更好的匝數(shù)比容差。凌力爾特已與多家主要的磁性組件制造商開展了合作，以生產(chǎn)可與 LT3798 配合使用的預(yù)設(shè)計(jì)型反激式變壓器，LT3798 的產(chǎn)品手冊中提供了這些變壓器的清單。

　　結(jié)論

　　功率因數(shù)的意義在于這樣的事實(shí)：電力公司供應(yīng)給客戶的是伏安，但費(fèi)用卻是以瓦來收取的。如果功率因數(shù)低于 1.0，那么就要求這些公司生產(chǎn)超過供應(yīng)有功功率 (瓦) 所需的最小伏安之的電能，因而導(dǎo)致電力生產(chǎn)成本以及將電力傳送給消費(fèi)者的輸電成本有所增加。

　　LT3798能夠利用整合在單級反激式轉(zhuǎn)換器中的有源 PFC 功能電路提供離線式隔離型電源轉(zhuǎn)換，而且在此過程中無需使用一個(gè)光耦合器來檢測輸出電壓，因而是一款革命性的新型器件。這種組合顯著地簡化了設(shè)計(jì)，減小了線路電壓諧波失真和解決方案尺寸，改善了功率因數(shù)，并降低了轉(zhuǎn)換器的成本，可用于眾多的離線式以及高 DC 輸入應(yīng)用。