臨界導電交錯模式PFC控制R2A20112原理及應用

作者：劉軍蘭時間：2008-09-01 來源：中電網(wǎng)

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　　1 引言

本文引用地址：http://2s4d.com/article/87580.htm

　　對于高于25 W照明產(chǎn)品和高于75 W具有開關電源的電子設備功率因數(shù)校正(PFC)已成為一項強制性要求。PFC有多種分類方法，根據(jù)PFC升壓變換器電感器電流流動方式，主要分為連續(xù)導電模式(CCM)和臨界導電模式。CCM-PFC可實現(xiàn)高達0.995的功率因數(shù)和低于5％的總電流諧波失真(THD)，但電路拓撲復雜，成本較高，而臨界導電模式亦稱轉(zhuǎn)換模式(TM)，其優(yōu)點是電路拓撲簡單，但不能達到超低THD，而且電磁干擾(EMI)較大。Re-nesas公司最近推出的R2A20112單片IC，是一款采用交錯方法的臨界模式PFC控制器?；赗2A20112的臨界模式交錯雙相PFC升壓變換器，可縮減輸入／輸出電容及EMI濾波器元件尺寸，提高輕載條件下的效率，使電子照明產(chǎn)品和數(shù)字電視、PC及人門級(entry level)服務器等消費類應用產(chǎn)品IEC1000-3-2、EN61000-3-2標準和能源之星(Energy Star)等規(guī)范要求。

　　2 引腳功能及主要特點

　　R2A20112采用16引腳SOP和16引腳DILP無鉛封裝，引腳排列如圖1所示。

　　R2A20112各個引腳功能見表1所列。

　　R2A20112的主要電氣特性如下：最大允許電源電壓Vcc(max):24 V；參考輸出電壓VREF：5 V(1±3％)；欠電壓鎖定(UVLO)啟動電壓VH:10.5 V±0.7 V；UVLO工作關閉電壓：VL:9.3 V±0.5 V；UVLO滯后電壓VYSUVL:1.2 V+0.5 V。
　　R2A20112的主要功能如下：升壓變器換控制帶臨界導電模式；交錯控制；過電壓保護：模式1：動態(tài)過電壓保護對應于負載變化引起的電壓上升；模式2：靜態(tài)OVP對應穩(wěn)壓豐的過電壓；反饋環(huán)路開路檢測；主／從變換器獨立過電流保護(OCP)；280μs的重新啟動定時器。

　　3 工作原理

　　R2A20112的內(nèi)部功能框圖如圖2所示。交錯臨界PFC控制器含有主從2個零電流檢測器(ZCD-M／ZCD-S)和2個MOSFET驅(qū)動器(GD-M／GD-S)。與常規(guī)臨界模式PFC控制器不同的是，R2A20112不僅含有乘法器，而且?guī)в姓袷幤?，因而具?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/CCM">CCM-PFC的某些特性。

　　臨界導電PFC升壓拓撲圖如圖3(a)所示。圖3(b)所示為基于R2A20112控制IC的PFC升壓拓撲。由圖3(b)可以看出，電路含有主從2個PFC開關(Q1與Q2)、2個升壓電感器(L1與L2)和2個升壓二極管(D5與D6)，輸入和輸出電容(CIN與C0)共用。

　　R2A20112控制2個升壓PWM電源變換器，每個變換器的電感電流斜升到峰值時，則關斷PFC開關(MOSFET)，直到電感電流衰減至零為止。一旦電感電流降至為零，MOSFET再次導通，開始新的開關周期，電感電流從零開始再次斜升。開／關循環(huán)產(chǎn)生基角波電感電流，一個開關周期中的峰值電感電流IPK(t)與導通時間TON和瞬時AC線路輸入電壓VAC(t)確定電感值L為

　　平均輸入電流為峰值電感電流的一半，即：

　　由于平均輸入電流正比于AC輸入電壓，從而實現(xiàn)電流波形整形，即功率因數(shù)校正。由于兩個PWM輸出相位差為180°，導致兩個升壓變換器輸人和輸出紋波電流大幅減小，可選用小尺寸的輸入和輸出電容，改善EMI特性。

　　4 應用電路

　　基于R2A20112的40 W通用AC輸入臨界交錯模式PFC升壓變換器電路圖如4所示。其中，CIN為輸入電容，用于濾除高頻電感電流；C01、C02為輸出儲能電容；Q1、Q2分別為兩相升壓變換器的主／從開關；L1、L2分別為主／從升壓電感；D1、D2分別為主／從／升壓二極管；L1、L2的附加繞組分別為主／從零電流檢測(ZCD)傳感器。

　　電感器(L1、L2)是電路中的關鍵元件。PFC升壓變換器AC輸入電壓范圍為85 V～265 V，DC輸出電壓V0=385 V，輸出功率P0=400 W，若效率η=90％，最低開關頻率fmin=40 kHz，計算電感值。