基于IC控制器FAN4810的500WPFC電源的設計

摘要：介紹了PFC控制器FAN4810的主要特性，同時(shí)給出了基于FAN4810的500W高性能PFC預調節器的設計程序與方法。

引言

將基于功率因數控制器的有源功率因數校正（PFC）預調節器應用于分布式電源系統的前端時(shí)，能使非線(xiàn)性負載呈現純電阻性，迫使橋式整流器的輸入電流正比于輸入電壓，并且與線(xiàn)路電壓保持同相位，因而線(xiàn)路功率因數幾乎達到1。有源PFC預調節器的DC輸出電壓必須高于A(yíng)C線(xiàn)路電壓的峰值。對于270V的AC最高輸入線(xiàn)路電壓，PFC升壓變換器的DC輸出穩定電壓通常是385V或400V�；�于美國飛兆半導體公司功率因數控制器FAN4810的PFC升壓變換器，有著(zhù)寬輸入電壓范圍和寬輸出功率電平，符合IEC1000?3?2規范和UL1950標準，具有超快速PFC響應。本文簡(jiǎn)要介紹了PFC控制器FAN4810的主要特點(diǎn)，給出了完整的應用電路，重點(diǎn)介紹了利用FAN4810控制器的500WPFC預變換器設計。

圖1

1 FAN4810的基本結構及主要特點(diǎn)

FAN4810采用16引腳DIP和16引腳SOIC封裝，芯片電路組成框圖如圖1所示。

FAN4810是一種平均電流、連續升壓前沿PFC控制器，其主要特點(diǎn)如下：

1）含有Tri?faultDetectTM功能，符合UL1950安全標準。萬(wàn)一反饋通路失效，反饋腳VFB上電壓太高、太低或開(kāi)路，三故障（Tri?fault）檢測電路將終止PFC驅動(dòng)；

圖2

2）壓擺率增強的跨導電流誤差放大器（IEA），提供超快速PFC響應；

3）內置增益調制器，并且有3個(gè)輸入，即AC線(xiàn)路電流參考輸入IAC、AC線(xiàn)路電壓檢測輸入VRMS和PFC輸出電壓反饋誤差放大器（VEA）輸出VEAO，這種3輸入增益調制器，對PFC起核心控制作用；

4）帶有輸出過(guò)電壓保護（OVP）、輸入電壓過(guò)低（brown?out）保護、VCC欠壓鎖定（UVLO）、峰值電流限制和軟啟動(dòng)功能；5）帶開(kāi)/關(guān)PWM時(shí)鐘輸入（腳CLKSD）和同步時(shí)鐘輸出（腳CLKOUT）；

6）VCC啟動(dòng)門(mén)限為13V，關(guān)閉門(mén)限是10.8V，啟動(dòng)電流約200μA，在VCC=15V下的工作電流約5.5mA；

7）柵極驅動(dòng)電流容量達±1A。

2 應用電路與設計

2.1 應用電路及操作

圖2示出了由FAN4810組成的一個(gè)500W有源PFC升壓變換器電路。

在接通AC線(xiàn)路電源后，當電容C15通過(guò)R13和R14被充電到13V時(shí)，FAN4810啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)，在PFC開(kāi)關(guān)Q1導通之前，為保證PFC操作，通過(guò)二極管D2的電流迅速對C5充電到AC線(xiàn)路電壓峰值。當Q1關(guān)斷時(shí)，C5上電壓經(jīng)L1升壓至400V。升壓電感器L1的輔助繞組及D3，D4，C12，C16和R10，C15組成的全波整流濾波電路，為FAN4810腳VCC提供15V的DC工作電壓。Q4，R16和C20等組成軟啟動(dòng)電路，FAN4810誤差放大器輸出VEAO被迫跟隨Q4對C20充電。當C20被充電至VREF（7.5V）時(shí)，Q4截止。

2.2 設計程序與方法

2.2.1 PFC升壓變換器基本參數

圖2所示的PFC升壓變換器電路主要參數為：

輸出功率Po=500W；

最低AC線(xiàn)路電壓VMIN=80V；

最高AC線(xiàn)路電壓VMAX=264V；

DC輸出電壓Vo=400V（正常值），最小值Vo(MIN)=300V；

變換效率η=0.93；

開(kāi)關(guān)頻率fs=100kHz；

總電流諧波失真THD=5％。

2.2.2 主要電路和元件參數選取

根據PFC變換器的技術(shù)條件和FAN4810的電氣特性，可以確定主要元件的選取。

2.2.2.1 升壓電感器L1電感值的確定

PFC變換器在連續導通模式（CCM）下工作，最大峰值AC線(xiàn)路電流IIN（PK）為

高頻電流峰—峰值ΔI可按IIN(PK)的20％來(lái)處理，即ΔI=9.5A×20％=1.9A。通過(guò)L1的最大電流為

IL(MAX)=IIN(PK)＋ΔI/2=9.5A＋1.9A/2=10.45A

開(kāi)關(guān)占空因數D為

L1的電感值可由式（1）確定。

將相關(guān)數據代入式（1）得到L=426μH，可選擇420μH（電流容量為10A）。

2.2.2.2 輸出電容C5的選擇

支持（hold?up）時(shí)間tHLD是確定C5容值的主要依據。tHLD是在A(yíng)C電源中斷之后，變換器輸出仍然在規定范圍的保持時(shí)間。其間，C5中儲存的能量J=PotHLD，同時(shí)還可表示為J=〔CVo2－C〕，由此可得

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