基于MC33262的高功率因數(shù)AC/DC變換器研制

圖3 所示APFC 電路主要由控制器IC 芯片MC33262 、MOSFET 功率管Q1 、升壓電感器L4 、升壓二極管D2 、輸出濾波電容EC2 及反饋環(huán)路組成.APFC 變換器的工作原理基于升壓電感L4 的電流與電壓之間的物理關(guān)系. 在Q1 導(dǎo)通時(shí),升壓二極管D2 截止,濾波電容EC1 通過(guò)負(fù)載放電. 當(dāng)Q1 由導(dǎo)通躍變?yōu)殛P(guān)斷時(shí),L4 產(chǎn)生的突變電勢(shì)使D2 正向偏置導(dǎo)通,L4 中的儲(chǔ)能經(jīng)D2 釋放,對(duì)EC2 充電. 由于Q1 和D2 交替導(dǎo)通,使整流橋輸出電流經(jīng)L4 連續(xù)流動(dòng). 這就意味著整流二極管在交流電源的半個(gè)周期內(nèi),導(dǎo)通角趨于180°. 該電路采用雙環(huán)反饋控制方案. 內(nèi)環(huán)反饋的作用是將全波整流輸出直流脈動(dòng)電壓通過(guò)R003 和R004 組成的電阻分壓器取樣輸入到MC33262 第3 腳,以保證通過(guò)L4 的電流時(shí)刻跟蹤輸入電壓按正弦規(guī)律變化的軌跡. 通過(guò)L4 的三角形高頻電流的峰值包絡(luò)線正比于輸入交流電壓,其平均電流則呈正弦波形,這就意味著電源輸入電流也呈正弦波. 外環(huán)用作APFC 變換器輸出直流電壓的反饋控制. 直流輸出電壓通過(guò)R005 和R009組成的電阻分壓器取樣輸入到MC33262 的第1 腳,MC33262 輸出PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)MOSFET 功率管的占空比,以使輸出電壓穩(wěn)定.

圖3 　APFC實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)圖

交流輸入電壓經(jīng)橋式整流,輸出100 Hz 的正弦半波直流脈動(dòng)電壓,能夠比較真實(shí)反映交流(AC) 輸入電壓波形的全波整流電壓,經(jīng)過(guò)電阻分壓器分壓、小電容C004 濾除高頻噪聲輸入到芯片內(nèi)部的乘法器. 濾波電容EC2 兩端直流電壓通過(guò)R005 和R009分壓輸入到芯片內(nèi)部誤差放大器的反相端,并與誤差放大器同相端精密參考電壓V ref比較,產(chǎn)生一個(gè)直流(DC) 誤差電壓,作為一象限乘法器的另一路輸入. 當(dāng)AC 輸入電壓從零按正弦規(guī)律變化到峰值時(shí),乘法器的輸出控制電流傳感比較器的門(mén)限,迫使通過(guò)MOSFET 功率管Q1 的峰值電流跟蹤AC 輸入電壓的變化軌跡. 流過(guò)MOSFET 功率管Q1 的電流在電阻R010 上轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),輸入到芯片第4 腳,經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)置阻容( RC) 低通濾波器, 輸入到MC33262 芯片內(nèi)電流檢測(cè)比較器的正向輸入端. 電感L4 電流的波形呈高頻鋸齒三角波,在電流值從零增長(zhǎng)到峰值的過(guò)程中,Q1 是導(dǎo)通的. 乘法器的輸出則是電感峰值電流的參考電壓,只要在R011 上的傳感電壓超過(guò)電流檢測(cè)比較器的門(mén)限電壓,片內(nèi)邏輯電路動(dòng)作,輸出MOSFET 功率管關(guān)斷信號(hào). 升壓電感L4 的副邊繞組Ns 將感應(yīng)電壓經(jīng)D1 整流EC1 濾波,作為MC33262 芯片啟動(dòng)后的輔助電源;Ns 還用做L4 的高靈敏度的電流傳感器. Ns 將流過(guò)L4 的電流檢測(cè)后,經(jīng)限流電阻R007 輸入到片內(nèi)零電流檢測(cè)器,只要電感電流一降至芯片所設(shè)置的“零”電平, 零電流檢測(cè)器則通過(guò)置位門(mén)鎖驅(qū)動(dòng)MOSFET 導(dǎo)通.

升壓電感器L4 選用鐵氧體材料鐵芯和李氏漆包線繞制,原副邊線圈匝數(shù)比為60/ 6. 原邊Np 繞組的電感為580μH ,副邊Ns 是輔助電源及零電流檢測(cè)繞組.

3 　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該AC/ DC 變換器在較寬廣的輸入電壓范圍下獲得高度穩(wěn)定的直流電壓400 V 輸出,紋波峰峰值在8 V 以下,輸出額定功率達(dá)150W ,滿載下效率η= 95 % ,功率因數(shù)λ≥0. 99 ,輸入電流總諧波畸變D 6 %. 圖4 和圖5 所示記錄了芯片3 腳的采樣輸入電壓、交流輸入電流波形. 圖6 所示為MOSFET 上源極電阻上的采樣電壓波形,它反映了流經(jīng)MOSFET 上的電流波形,即電感儲(chǔ)能階段電感電流波形. 可看出由于MOSFET 開(kāi)關(guān)頻率很高(將近70 kHz) ,在開(kāi)關(guān)關(guān)斷過(guò)程中源極電阻上有較強(qiáng)的干擾電流流過(guò),示波器記錄波形上出現(xiàn)不少尖峰毛刺. MC33262 芯片內(nèi)已預(yù)先設(shè)置了RC濾波器對(duì)該信號(hào)做濾波處理,不過(guò)一般可在4 腳與源極電阻間考慮再增添一外部RC 濾波電路,增強(qiáng)抗干擾效果.

圖4 　芯片3 腳電壓采樣輸入波形

圖5 　輸入電流電阻采樣波形

圖6 　MOSFET上導(dǎo)通電流電阻采樣波形

4 　結(jié)語(yǔ)

由MC33262 構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路外圍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,電路元器件少,電路的體積和成本下降,提高了系統(tǒng)的可靠性. 目前這種APFC 技術(shù)已經(jīng)在開(kāi)關(guān)電源、電子鎮(zhèn)流器等諸多領(lǐng)域得到了應(yīng)用. 該APFC 電路采用峰值電流控制方式,屬于準(zhǔn)連續(xù)電流模式,MOSFET 開(kāi)關(guān)頻率很高,這對(duì)EMI 濾波電路的設(shè)計(jì)有較高的要求. 不過(guò)該系列芯片與其他采用連續(xù)模式的APFC 芯片相比有著較高的性?xún)r(jià)比,值得作進(jìn)一步完善研究.