基于ST L4985A 的低 THD 350W CCM PFC 前置穩(wěn)壓器方案

介紹

本應(yīng)用筆記介紹了基于新型 L4985 連續(xù)導(dǎo)通模式的演示板 EVL4985-350W (CCM) 功率因數(shù)控制器 (PFC)，并介紹了其臺(tái)架評(píng)估的主要結(jié)果。該板實(shí)現(xiàn)了350W，寬范圍輸入 PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器，適用于從 150 W 到數(shù) kW 的所有 SMPS，必須符合 IEC61000-3-2 和JEITA-MITI 標(biāo)準(zhǔn)。由于 L4985 上嵌入了專利控制，該設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是輸入電流失真極低（THD）在所有工作條件下，并且外部元件數(shù)量非常有限，如高壓?jiǎn)?dòng)電路和X-cap 放電電路嵌入在 L4985 中。

評(píng)估板的主要特點(diǎn)如下：

功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器 (PFC) 的功率級(jí)是傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器，連接到橋式整流器D3。它由升壓電感L1、功率開(kāi)關(guān)MOSFET Q2（未安裝Q1）、輸出二極管D1和由并聯(lián)電解電容C3和C4形成的輸出電容。為了滿足 EMC 標(biāo)準(zhǔn)，該板配備了一個(gè)輸入 EMI 濾波器，以降低來(lái)自升壓階段。 L3 過(guò)濾共模輻射，而 L2、C6、C7 降低差模輻射。連接在線路和中性線之間的 300 V 壓敏電阻 RV1 保護(hù)電路免受高輸入電壓的影響瞬變，而保險(xiǎn)絲 F1 在短路的情況下斷開(kāi)電源。

NTC 電阻器 R1 與輸出二極管串聯(lián)，可限制轉(zhuǎn)換器插入時(shí)的浪涌電流。這旁路二極管 D2 對(duì)輸出電容器進(jìn)行預(yù)充電，以限制涌入升壓電感器/輸出的電流二極管。L4985 嵌入了高壓?jiǎn)?dòng)電路，可將 VCC 引腳 (#1) 充電至 VCC_ON 閾值，源出恒定電流 IHV_ON（7mA 典型值）。800 V 高壓?jiǎn)?dòng)塊包括電路將 EMI 濾波器的 X 電容器放電至安全水平。這使設(shè)備能夠滿足安全規(guī)定，例如IEC 61010-1 和 IEC 62368-1 不使用與 X 電容器并聯(lián)的傳統(tǒng)放電電阻器。

電阻器 R25、R26、R27 和 R20//R21 專用于檢測(cè)輸出電壓并提供誤差放大器（FB，引腳 #5）的反相輸入 保持輸出電壓所需的反饋信息受監(jiān)管。組件 C16、R24 和 C18 連接在 COMP 引腳 (#6) 和地之間，形成錯(cuò)誤放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以保持所需的環(huán)路穩(wěn)定性。電感器峰值電流由與接地回路串聯(lián)的電阻器 R2//R3//R4 感測(cè)，并且派生信號(hào)通過(guò)電阻 R16 饋入 L4985 的電流檢測(cè)引腳（CS，#4），用于優(yōu)化 THD在 CCM 操作中的性能。

一個(gè)小的濾波電容 C11 連接在 CS 引腳和地之間。J1 連接器（EBM 輸入）上有一個(gè)遠(yuǎn)程開(kāi)/關(guān)控制輸入。在 EBM 輸入端強(qiáng)制為 3.3V/5V，F(xiàn)B引腳 (#5) 低于 VFB_FF/EBM 閾值 (0.5 V 典型值)，L4985 立即停止開(kāi)關(guān)活動(dòng)并降低其功耗。一旦 FB 引腳被釋放（EBM 輸入接地或提升浮動(dòng)）。還提供了一個(gè)禁用功能，在 J1 連接器的 ON/OFF 輸入端強(qiáng)制為 3.3V/5V。一旦 COMP 引腳被釋放（開(kāi)/關(guān)輸入接地或提升浮空），設(shè)備通過(guò)軟啟動(dòng)重新啟動(dòng)操作。

PF VS Pout for 100V, 115V & 230V

THD VS Pout for 100V, 115V & 230V

PFC choke spec.

?場(chǎng)景應(yīng)用圖

?產(chǎn)品實(shí)體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

特征

 ? 峰值電流模式 CCM 操作

? 800 V 高壓?jiǎn)?dòng)，集成輸入電壓感應(yīng)

? 有源輸入濾波電容放電

? 專有的乘法器“仿真器”，具有最小的線路電流總諧波失真工作條件（CCM 和 DCM）

? 極少的外部元件

? 保護(hù)：反饋回路故障、OVP、OCP、電感飽和、欠壓、掉電（符合醫(yī)療 SMPS 標(biāo)準(zhǔn)）

? 電感電流檢測(cè)

? 禁用和低耗功能

? 浪涌電流監(jiān)控

? 軟啟動(dòng)以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)

? 1.2% (@ Tj = 25 °C) 內(nèi)部參考電壓

? 65 kHz（A 版）和 130 kHz（B 版）開(kāi)關(guān)頻率

? SO8 封裝

應(yīng)用

? PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器用于：

– 超過(guò) 1 kW 符合 IEC61000-3-2 和 JEIDA-MITI 標(biāo)準(zhǔn)的 SMPS

– 臺(tái)式電腦、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、游戲機(jī)

– 大功率 LED 燈具

– 符合 IEC 60601-1-2 的工業(yè)和醫(yī)療 SMPS

 描述

L4985 是用于升壓轉(zhuǎn)換器的峰值電流模式 PFC 控制器專有乘法器“仿真器”，除了創(chuàng)新的 THD 優(yōu)化器在所有操作中保證非常低的總諧波失真 (THD) 性能條件。

該器件采用引腳 SO 封裝，提供高性能/用于 CCM 操作的升壓 PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器的低組件數(shù)解決方案符合 EN61000-3-2 和 JEIDA-MITI 標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，功率范圍跨越從幾百瓦到幾千瓦。

得益于專有的關(guān)斷時(shí)間調(diào)制器，該設(shè)備以準(zhǔn)固定方式運(yùn)行在所有工作條件下的頻率。有兩個(gè)選項(xiàng)可供選擇，65 kHz 用于 A 和B 為 130 kHz。

800V 高壓?jiǎn)?dòng)塊還包括用于放電的電路EMI 濾波器的 X 電容器達(dá)到安全水平。這使得該單元滿足安全法規(guī)（如 IEC 61010-1 或 IEC 62368-1），而不使用傳統(tǒng)的與 X 電容器并聯(lián)的放電電阻。

該設(shè)備具有低功耗和禁用功能，允許使用應(yīng)符合最新節(jié)能要求的應(yīng)用由美國(guó)能源部 (DoE) 能源之星 (Energy Star) 發(fā)布，歐洲行為準(zhǔn)則、歐盟生態(tài)設(shè)計(jì)指令和其他指導(dǎo)方針。

除了能夠保持輸出電壓低于過(guò)壓保護(hù)在瞬態(tài)條件控制，該IC還提供了一個(gè)保護(hù)反饋回路故障或錯(cuò)誤設(shè)置和升壓電感飽和。 這掉電保護(hù)功能允許根據(jù)設(shè)計(jì)醫(yī)療設(shè)備由 IEC 60601-1-2 驅(qū)動(dòng)的最新法規(guī)，它要求在輸出調(diào)節(jié)電源驟降的情況下持續(xù)長(zhǎng)達(dá)

?方案規(guī)格

評(píng)估板的主要特點(diǎn)如下：

? 輸入電源范圍：90-265 Vac (45/65 Hz)

? 穩(wěn)壓輸出電壓 (VOUT)：400 Vdc

? 額定輸出功率（POUT_MAX）：350 W

? 輸入電流失真 (THD)：從100%負(fù)載到20% 負(fù)載 < 10> 0.9

? 轉(zhuǎn)換器效率峰值（η）：97.8%

? 開(kāi)關(guān)頻率 (FSW)：65 kHz

? 電源諧波：符合 EN61000-3-2 Class-D 和 JEITA-MITI Class-D

? EMI：根據(jù) EN55022 Class-B

? PCB：?jiǎn)蚊妫?0 μm，F(xiàn)R-4，105 x 75 mm