單周期PFC控制晶元IR1150中文資料
IR1150是一種新型的單周期PFC控制晶元,它採用的單周期控制(0ne-cycle control,OCC)技術,無需傳統PFC電路所需的模擬乘法器、輸入電壓採樣以及固定的三角波振蕩器,大大簡化了PFC電路的設計和縮小了裝置體積.
傳統功率因數校正電路技術複雜、設計步驟繁瑣、所需元器件多、體積大而且成本高,例如使用經典的UC3854晶元開發的PFC電路。因此,設計時其往往要在性能和成本之間進行折衷。IR公司針對上述情況推出了專用於AC/DC功率因數校正電路的IR1150系列產品。它採用了IR公司的專利單周期控制[1](0ne-cycle control,OCC)技術,不僅簡便可靠,而且外圍所需元器件少。為PFC電路的設計提供了一種全球適用的優秀解決方案。
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
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。
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