IR1150中文資料

1 IR1150控制晶元簡介

    IR1150控制晶元的管腳排列如圖1所示。而管腳功能說明如表1所列。

    IR1150是一種連續電流模式PFC控制晶元，僅有8個引腳。它採用了IR公司特有的單周期控制技術，為有源功率因數校正電路提供了一種成本低廉、設計簡單的解決方案。如1 KW伺服器開關電源中，與傳統基於乘法器的CCM系統相比，IR的PFC解決方案可節省40％的電阻電容，節省50％的PFC控制器電路板面積。在功率密度問題上更為突出的小功率應用中，如大功率筆記本和液晶電視適配器，若採用CCM模式的IR1150控制器，則意味著降低峰值電流，對EMI濾波器的要求也可降低43％。



l.1 IR1150的主要特性

    ——單周期控制技術；

    ——無需輸入電壓採樣；

    ——50kHz～200 kHz工作頻率設定；

    ——輸出過壓、欠壓、空載保護；

    ——每周期電流峰值限制；

    ——高達1．5A的門極驅動；

    ——最大脈寬限制為98％；

    ——軟啟動，微功率啟動及休眠節能模式。



l.2主要管腳功能介紹

    腳2(FREQ)頻率設定端該引腳通過接地電阻設定晶元工作頻率，設定範圍為50～200 kHz。

    腳3(ISNS)電流反饋輸入端該引腳接收電感電流檢測信號並提供峰值電流限制功能。該引腳上接收的是檢測電阻上的負電壓，該電壓反映了電感電流的變化。

    腳4(OVP／ENA)輸出電壓採樣輸入端用於過壓保護和“休眠模式”使能。當該引腳電壓高於105．5％VREF腳8驅動輸出將被強制關閉。當該引腳電壓降低到O.62 v以下，晶元進入電流消耗僅為200MA的“休眠模式”，符合待機功率小於1w的Blue Angel和“能源之星”節能標準。

    腳5(COMP)電壓環誤差放大器輸出端該引腳經過外部阻容電路接地，構成電壓環路補償電路。若出現輸出空載以及輸出電壓過低的情況，該引腳將被強制置為低電平。腳6(VFB)輸出電壓反饋端 電壓環誤差放大器反向輸入端，輸出電壓經過電阻分壓後接人該引腳，通過該引腳的作用來控制電路輸出電壓。腳8(CATE)晶元驅動輸出端可以提供最高1．5A的輸出電流。

2 IR1150單周期控制技術分析

2.1 單周期控制技術介紹

    近年來單級PFC的研究集中於如何簡化傳統的PFC控制電路結構，避免對輸人電壓採樣和使用複雜的模擬乘法器。IR1150使用的最新PFC控制技術——單周期控制很好地解決了這個問題。單級PFC電路的控制目的是要使輸入電流ig的低頻波形(50 Hz)跟隨全波整流后的輸入電壓波形Vg同時又要保持輸出電壓恆定為Vo。若控制電路的控制策略滿足了輸入電流與輸入電壓成比例，整個變換器可以等效為一個電阻Re則有

    V1(t)和V2(t)的比較即可確定占空比D。由方程組可知，OCC需要一個積分環節。因為對於工頻輸入電流波形來說開關頻率紋波可以忽略，則ig可通過採樣輸入電感電流iLin獲得。



2．2 單周期控制的電路實現

    IR1150內部結構框圖如圖2所示，控制環路包括一個外部的電壓環和一個內部的電流環。輸出電壓通過分壓電阻接人腳6(VFB)，該引腳內部接入電壓誤差放大器OP2反向輸入端，反饋電壓通過與VREF比較后得到控制電壓VmoVm一路與腳3(CS)電流檢測端輸入信號經過運算得到V1(t)；另一路經過誤差放大器OP3構成的帶有複位開關的積分器得到三角波V2(t)。之後V1(t)與V2(t)接入比較器COMP。

 

    工作波形如圖3所示。一個周期內的工作狀態，首先是在t1時刻時鐘CLOCK產生的脈衝將RS觸發器置位，Q端輸出高電平，通過驅動電路開通開關管，Q端為低電平，積分器OP3工作，三角波V2(t)開始上升，直到t2時刻V2(t)達到V1(t)的幅值，比較器COMF翻轉輸出高電平，將RS觸發器複位，Q端輸出低電平，開關管關斷。直到下一個周期初始(t3時刻)又開始重複上述過程。

    由上可知，開關管占空比，D是由V1(t)與V2(t)比較所確定的。V1(t)即反映了電感電流的大小，同時實現了每周期的電流峰值限制。

3 基於IR1150的Boost PFC變換器設計

    實驗電路如圖4所示的BoostPFC電路，輸入電壓AC 220v，頻率50Hz。輸出DC 380V，開關頻率為100kHz，最大功率400w。相對於傳統的平均電流模式PFC電路，該電路結構簡單，外部元器件數量少，非常適合功率電源模塊的PFC前級。

    設計中需要注意以下幾個方面。

    1)由於PFC電路的脈寬占空比是不斷變化的，所以引起的開關雜訊比恆定脈寬的變換器要大。晶元供電腳與地之間的耦合電容必須盡量靠近晶元，使晶元的供電具有良好的抗噪能力。耦合電容的選取與開關頻率、MOSFET的輸入電容和接於MOSFET 門極的電阻有關係，一般來說470nF的無極電容就可以滿足要求。

    2)PFC電感匝間寄生電容會引起開關管開通時的漏極電流振蕩。圖5(a)所示為使用了雙層繞組PFC電感所引起的MOSFET漏極電流上升沿的振蕩波形。相比之下，如圖5(b)所示，使用了單層繞組PFC電感所引起的MOSFET漏極電流上升沿振蕩要輕微得多。

    3)IR1150的驅動能力很強，可以提供最大1．5A的門極快速驅動。但是，高速驅動脈衝也帶來了比較大的EMI問題，適當地在門極添加驅動電阻減緩驅動脈衝的di／dt，可以降低變換器產生的開關雜訊，從而對前極的EMI濾波器的要求也相應降低。



    4)應選擇快恢復二極體作為該電路的升壓二極體，以減小二極體反向恢復所引起的傳導和輻射干擾。在升壓二極體上並聯RC網路也能取得較好效果。實驗結果如圖6所示,其中圖6(a)為該電路輸入電壓與電流波形，圖6(b)為輸入電流諧波含量。

     實驗結果顯示在輸出功率349w時功率因數達到了0．992，THD僅為5．9％。達到了理想的功率因數校正效果。