提高電源轉(zhuǎn)換效率的交錯(cuò)式PFC控制技術(shù)及應(yīng)用
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時(shí)間：2010-05-07
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電源設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)交錯(cuò)式PFC轉(zhuǎn)換器已有數(shù)年，但因缺少合適的控制器，所以對(duì)電源控制的設(shè)計(jì)必須非常謹(jǐn)慎。為使交錯(cuò)式PFC設(shè)計(jì)變得更輕松，德州儀器(TI)開發(fā)出兩款交錯(cuò)式PFC控制器：一款為針對(duì)平均電流模式預(yù)調(diào)節(jié)器的控制器(UCC28070)，另一款為針對(duì)交錯(cuò)式轉(zhuǎn)移模式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的控制器(UCC28060)。本文將討論如何利用交錯(cuò)式PFC及其控制技術(shù)來(lái)增加功率密度、提高系統(tǒng)效率并降低系統(tǒng)成本。
交錯(cuò)式PFC升壓預(yù)調(diào)節(jié)器(圖1)僅由兩個(gè)PFC升壓轉(zhuǎn)換器組成，這兩個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器的工作相位相差180°，可降低由電感電流(IL1和IL2)引起的輸入電流(IIN)。由于電感高頻紋波電流為反相，所以二者相互抵銷，從而降低由升壓電感電流引起的輸入紋波電流。電感紋波電流的消除允許電源設(shè)計(jì)工程師在減少由升壓電感引起的輸入紋波的同時(shí)并聯(lián)升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器，這可以降低總的電感升壓幅度和/或縮小EMI濾波器尺寸。此外，與單級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，交錯(cuò)式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的高頻輸出電容的均方根(RMS)電流(ICOUT)不到前者的50%。高頻升壓電容的RMS電流的減少最多可以使升壓電容數(shù)量下降25%。請(qǐng)不要將升壓電容數(shù)量與設(shè)計(jì)時(shí)所需的電容數(shù)量相混淆，轉(zhuǎn)換器所需的電容數(shù)量一般由保持時(shí)間決定。
圖1：交錯(cuò)式PFC升壓預(yù)調(diào)節(jié)器僅由兩個(gè)PFC升壓轉(zhuǎn)換器。
與單級(jí)預(yù)調(diào)節(jié)器相比，交錯(cuò)式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器最多可以將設(shè)計(jì)所需的總電感能量降低50%。為詳細(xì)說(shuō)明這一點(diǎn)，可考慮單級(jí)PFC所需的電感能量(ES(L))以及交錯(cuò)式PFC所需的總電感能量(EI(L1+L2))的公式。對(duì)于相同的功率級(jí)，如果在這兩種設(shè)計(jì)中使用相同的電感值，那么交錯(cuò)式設(shè)計(jì)所需的總電感能量只有單級(jí)設(shè)計(jì)的一半。事實(shí)上，交錯(cuò)式設(shè)計(jì)所減少的電感能量最多可以使磁體體積減少32%。
通過(guò)比較單級(jí)PFC的傳導(dǎo)損耗(PCS)與交錯(cuò)式PFC的總體傳導(dǎo)損耗(PCI)可看出：與單級(jí)功率因數(shù)校正轉(zhuǎn)換器相比，交錯(cuò)式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器可最多可使傳導(dǎo)損耗降低50%。傳導(dǎo)損耗的降低將使交錯(cuò)式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器在更高的電壓下具有更高的效率(此時(shí)傳導(dǎo)損耗為主要損耗)。
過(guò)去，電源設(shè)計(jì)工程師被迫采用分立電路控制方案來(lái)控制交錯(cuò)式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器。為幫助電源設(shè)計(jì)工程師實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)式設(shè)計(jì)，TI推出了兩款交錯(cuò)式PFC控制器，其中UCC28060控制器不僅能讓兩個(gè)轉(zhuǎn)移模式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器交錯(cuò)運(yùn)行，還采用了恒定導(dǎo)通時(shí)間控制技術(shù)，不需要對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)。該技術(shù)消除了對(duì)升壓FET源端的電流檢測(cè)電阻的需求，只有在保護(hù)升壓FET的峰值限流電路中才需要電流檢測(cè)。峰值限流比較器被設(shè)計(jì)成在200mV時(shí)才被觸發(fā)，該觸發(fā)電壓還不到轉(zhuǎn)移模式PFC控制器通常所需電流感應(yīng)信號(hào)的電壓的1/6。由于具有電流檢測(cè)功能，這種創(chuàng)新技術(shù)大大降低了傳導(dǎo)損耗。圖2為采用UCC28060控制IC的交錯(cuò)式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器原理圖。
圖2：采用UCC28060控制IC的交錯(cuò)式PFC預(yù)調(diào)節(jié)器原理圖。
評(píng)論