Topswitch在PFC中的应用

功率因数校正(PFC)技术能够实现各种桂林矿用变压器装置电网侧电流正弦化,使电网资源得到充分利用,基本上消除负载与电网?负载与负载之间的高次谐波污染,净化电网?单相PFC已进入实用阶段,其实现方式多种多样,较为常见的有用UC3854为控制IC设计的3kW以下的PFC电路,但该电路较为复杂,外围元件多,特别是小功率器件的应用?本节介绍用TOPS-itch设计的功率在150W以下的简捷PFC电路设计?

1. Topswitch在PFC中应用的设计原理

Topswitch为三端脉宽调制(PWM),在实现相同功能?外围元件最少的前提下,Topswitch具有桂林矿用变压器所有必需的功能,且内含功率MOSFET?PWM控制器?内启动电路?环路补偿和热关断电路,使桂林矿用变压器电路得以进一步简化,缩短设计时间?Topswitch的设计除具有上述******优点外,其设计的桂林矿用变压器电路还可保证得到较高的桂林矿用变压器效率

图5-42为一个简单的应用Topswitch设计的升压型PFC电路?其工作频率为10kHz,远高于电网频率,通过桂林矿用变压器滤波器在电网侧可以实现正弦输入电流波形,并且与输入电压的波形同相?这个电路在提升电感上产生的波形示意图如图5-43所示?虚线为经过电原滤波器在电网侧出现的电流波形?该波形就是管工作在电流断续状态下产生的?提升电感?Topswitch和二极管上的电流IL?Ir?ID如图5-44所示?在这个电路中,=Ir+ID,l1的电流波形即为Ir和ID电流波形的简单叠加?图5-45为实际测试的波形?从图中可以看出,在固定周期的情况下,它的电流与正弦电流相差较大,经过补偿后的输入电流实际测试波形如图5-46所示?总谐波失真(THD)不超过18%,功率因数(PF)为0.978?

预补偿原理

如图5-47所示,在一个周期内,I1平均值不随整流后电压瞬时值线性变化,即输入电压瞬时值上升后,平均值上升更快?经过桂林矿用变压器滤波后,产生如图5-45所示的非正弦波形?为了使电流波形进一步正弦化,可以采用预补偿方式,即采用恒频非恒占空比的控制方式

产生这种结果的原因是:在Topswitch的整个工作过程中,提升电感上的电流是TOPSwitch上电流和提升二极管电流的代数和(见公式I1=I+ID), Topswitch上的电流随着整流后的输入电压呈线性关系,平滑后是正弦电流?可是提升二极管上的电流随着输入电压的升高而迅速上升,呈非线性关系,平滑后不是正弦电流?这样叠加的结果使提升电感上的电流就不是正弦的?

因为提升二极管上的电流不受控,所以要想改善提升电感上电流波形,就只能通过控制IC改善Topswitch的电流波形,使Topswitch上的波形不是一个正弦波,以此来补偿提升二极管不是正弦波的缺陷?这个问题是很多无乘法器的控制IC在Boost电路中普遍存在的问题,这些都可以通过预补偿的方式得以改善?改善的关键就是选择合适的预补偿电阻?

在输入高电压时减小Ir的占空比,这样使得I1的波形就不再如5-45所示?经过补偿的电流波形如图5-47所示,这样IL的波形已经近似于正弦波,电路原理图如图5-48所示,通过预补偿电阻R1和直接输出电压检测电路控制流入Topswitch控制脚的电流,使Topswitch

的调制方式变成恒频非恒占空比的方式,达到较为理想的PFC?占空比与瞬时输入电压呈线性关系, Topswitch具有电流线性控制占空比变换器,当流入Topswitch控制引脚的电流在2.0~6.0mA范围内增大时, Topswitch的占空比将从67%下降到1.7%,所以通过预补偿电阻控制部分Topswitch控制引脚的电流来控制占空比?预补偿电阻的选择是很重要的(后文对预补偿电阻的选择有论述)?当整流后的电压******时, Topswitch的控制引脚通过预补偿电阻R1泄放电流,使流入控制引脚的电流减小,这时Topswitch的占空比******?

随着整流后的输入电压的增高,流入Topswitch控制引脚的电流也将逐渐增加, Topswitch的占空比逐渐减小?当输入电压达到******时, Topswitch的占空比最小,这就完成了恒频非恒占空比的控制方式?在图5-47中可以看出,预补偿以后,由于Topswitch上的电流减小了,提升电感上的电流三角形的面积小于预补偿以前的,电流的平均值也就减小了,平滑后的电流波形也就接近正弦波形了,如图5-49所示?占空比随着瞬时输入电压的变化而变化?这时THD<7%,PF为0.98?