基于ZVS平均電流型500W大功率電路設(shè)計方案

1結(jié)構(gòu)原理

通常情況下，輸入電壓范圍寬的PFC升壓型轉(zhuǎn)換器由于其開關(guān)損耗的增加，往往要損失很大的輸出功率。而使用零電壓開關(guān)(ZVS)技術(shù)則可大大減少功率MOSFET的開關(guān)損耗，從而較大地改善大功率PFC電路的工作效率。因此，設(shè)計時可以再用一個較小的MOSFET和一個電感儲能元件來完成ZVS功能，以將PFC的MOSFET管的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)換成有效的輸出功率。

FAN4822的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示。該器件的基本功能是提供功率因數(shù)校正，可對連續(xù)平均電流模式進行控制的直流總線電壓進行調(diào)節(jié)。與Micro Linear公司的PFC/PWM系列控制器件一樣，F(xiàn)AN4822也使用上升沿脈沖寬度調(diào)制的方法來減少系統(tǒng)的噪聲并使頻率同步到PWM中的一個下降沿，以實現(xiàn)盡可能高的直流總線電壓寬度。但是，F(xiàn)AN4822與Micro Linear公司的此類器件所不同的是：FAN4822將ZVS FET開關(guān)的控制電路集成到了FAN4822芯片之內(nèi)，因此，F(xiàn)AN4822所控制的開關(guān)損耗可以達到最小。

2 應(yīng)用電路

2.1 典型應(yīng)用電路

圖3是一個通過FAN4822來實現(xiàn)大功率PFC電路的輸出和控制部分電路的簡單示意圖。圖中， Q1為用于PFC的主開關(guān)MOSFET管，而Q2則用來實現(xiàn)ZVS功能。對于每一個工作周期，Q2都在Q1之前導(dǎo)通，這樣，電流將從L1流向L2，從而使L2中的電流增加，直到與流過L1的電流相等，把這一時刻定為t2。

當(dāng)L1中的電流和L2中的電流相等后，L1將停止為L2再注入電流，此時L2中所聚集的電荷將流向Q2。也就是說，從t2時刻開始，Q1上的電壓將開始下降，Q2上的電壓上升，直到t3時刻，Q1上的電壓降到其最低點而使Q2關(guān)斷并使Q1導(dǎo)通。這樣，對于儲能電感L1來說，Q1實際上就起到了一個普通PFC開關(guān)的作用。然而，需要說明的是：在Q1關(guān)斷期間，儲存在L2中的能量將通過D2完全地注入到儲能電容C1之中，從而達到零電壓開關(guān)(ZVS)補償?shù)哪康摹D4所示是該電路的有關(guān)波形。

圖5 基于FAN4822的500W PFC電路

2.2 基于FAN4822的500WPFC電路

圖5是由FAN4822組成的一個500W的零電壓開關(guān)PFC電源電路。該電路能夠輸出400V的直流和開關(guān)電壓。電路設(shè)計中增加了一個TC4427放大器作為Q1的前級推動，以進一步增大Q1的輸出功率。L2的電感值選擇與負載的總線電壓VBUS、FAN4822的VRMS端的補償輸入電壓最小值VRMS(MIN)、電路的輸出功率POUT以及FAN4822的開關(guān)時間參數(shù)有關(guān)。本電路中L2的電感值選擇8.5mH，C1則選擇330μF/450V的電容器。其余各主要元件的參數(shù)和選擇可參考圖5來設(shè)計。