典型的兩級(jí)離線 PFC

　　PFC 離線功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)為兩級(jí)級(jí)聯(lián)型,。第一級(jí)為一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，這是因?yàn)樵?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)" title="拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)" target="_blank">拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擁有連續(xù)輸入電流（通過(guò)使用乘法器可實(shí)現(xiàn)電流波形控制）以及可實(shí)現(xiàn)近似單位功率因數(shù)的平均電流模式控制,。但是,，升壓轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)比輸入電壓更高的輸出電壓，和另外一個(gè)將輸出電壓降壓至可用電壓等級(jí)的轉(zhuǎn)換器（見(jiàn)圖 1）。

　　圖1 典型的兩級(jí)離線功率轉(zhuǎn)換器

　　升壓跟隨器的優(yōu)點(diǎn)

　　傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器的固定輸出電壓要比線電壓的最大峰值高出許多,。但是,，由于可設(shè)計(jì)步降轉(zhuǎn)換器應(yīng)對(duì)電壓變化，所以并不需要對(duì)升壓電壓進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的調(diào)節(jié)或穩(wěn)壓,。只要升壓電壓高于輸入電壓峰值,，轉(zhuǎn)換器就能正常運(yùn)行。隨著線電壓峰值變化而改變升壓電壓有以下優(yōu)點(diǎn)（例如升壓跟隨器預(yù)調(diào)節(jié)器）：一是升壓電感器的尺寸縮小,，二是低壓運(yùn)行時(shí)的較低開(kāi)關(guān)損耗,。圖 2 顯示了升壓跟隨器和傳統(tǒng)的 PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電壓隨著輸入電壓 （Vin（t）） 變化而變化的情況。

　　圖2 隨著輸入電壓變化,，傳統(tǒng)升壓調(diào)節(jié)器和升壓跟隨器輸出電壓的變化情況

　　較低的升壓電感 （L）

　　升壓電感器的選擇是根據(jù)允許的最大紋波電流 （△I） 確定的,，此時(shí)，線電壓 （Vin（min）） 和輸出電壓 （Vout（min）） 均為最低,，而占空比 （D） 為最大,。下面的方程式用來(lái)計(jì)算出樣機(jī)電源升壓功率級(jí)所需電感。最小輸出電壓峰值的減小導(dǎo)致最大占空比的減小,，從而使升壓電感減少,。

　　低壓運(yùn)行時(shí)較低的升壓開(kāi)關(guān)損耗

　　在離線 PFC 轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換器的大部分功耗都來(lái)自于進(jìn)行升壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換 （Q1） 時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗,。下面的方程式可以計(jì)算出FET開(kāi)關(guān)損耗 （PFE_TR） 和部分 FET 寄生電容損耗 （PCOSS）,。在下面的方程式中，IRMS_L表示流過(guò)升壓電感器的均方根電流,，Ton和Toff為FET開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換次數(shù),，變量fs表示功率轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻率，Coss表示 FET寄生電容,。從方程式可以推出,，如果輸出電壓降低，開(kāi)關(guān)損耗也將減少,。升壓跟隨器的PFC轉(zhuǎn)換器在低壓運(yùn)行時(shí),，其輸出電壓要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的 PFC 升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，同時(shí)這也減少了開(kāi)關(guān)損耗,。

　　為了進(jìn)一步的說(shuō)明,，我們建立了使用通用線電壓（如 85Vac 至 265Vac）UCC3817 PFC 控制IC的兩個(gè)功率為 250W 的轉(zhuǎn)換器樣機(jī)。其中一個(gè)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，輸出電壓為 390V,。另一個(gè)轉(zhuǎn)換器則是利用升壓跟隨器技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建的，輸出電壓可以在 230V 至 387.5V 之間進(jìn)行變化,。低壓運(yùn)行時(shí)升壓跟隨器功率大約高出 2%~3%,。請(qǐng)參見(jiàn)圖 3 進(jìn)行功率比較,。

　　圖3 傳統(tǒng)PFC和升壓跟隨器PFC在85Vrms時(shí)的效率

　　所需額外電路

　　設(shè)計(jì)一款帶有典型 PFC 控制器的升壓跟隨器 PFC 功率級(jí)并不困難，只需要 5 個(gè)額外電子元件即可（見(jiàn)圖 4）,。

　　圖4 升壓跟隨器電路只需多增加5個(gè)元件

　　所需的額外電子元件分別為 C1,、R1、R2,、R4,、Q1 和 D1，這些元件可以用于吸收電壓環(huán)路反饋中電壓放大器反相信號(hào)的額外電流,。當(dāng)整流線電壓增高或降低時(shí),，Q1 吸取一個(gè)流經(jīng) R3 的對(duì)應(yīng)電流，從而導(dǎo)致輸出電壓隨著線壓的改變而改變,。使用二極管來(lái)抵消 Q1基極發(fā)射極結(jié)溫 （Vbe） 的變化,。電容 C1 和 R2 形成一個(gè)低通濾波器，可以消除由整流線電壓引起的紋波電壓,。

　　應(yīng)用實(shí)例

　　本電路是為了使輸出電壓在 230V 至 390V 之間變化而設(shè)計(jì)的,，大致為一個(gè) 2:1 的輸入范圍。設(shè)計(jì)本電路的第一步是建立分壓器,，可以由 R3 和 R4 來(lái)組成,。首先選擇 R3，然后使用下列方程式計(jì)算出 R4 所需的值,。在本設(shè)計(jì)中,，Vref 的值為 7.5V，Vout（最?。┑闹禐?230V。

　　由 R1 和 R2 組成的分壓器,，用來(lái)使 Q1 的基電壓在 1.4V 至 3.9V 之間變化,。必須注意的是，不要使晶體管飽和,。下列方程式可以用來(lái)選取 R2 的值：

　　在輸入電壓最小化至 85V 均方根電壓時(shí),，Vqb1（最小）是 Q1 的基電壓,。Vd 是電路的正向二級(jí)管壓降,。

　　電容C1用來(lái)過(guò)濾出整流線電壓紋波。為了限制第三階諧波電流失真,，安裝濾波器來(lái)將整流線頻率減至Q1基點(diǎn)最大電壓的1.5%（Vqb1（最大））,。

　　本設(shè)計(jì)中，最大輸入電壓為 265V,，線頻率（f_line）為 60Hz,。

　　在最終設(shè)計(jì)中,，輸出電壓隨線電壓的增長(zhǎng)應(yīng)在設(shè)計(jì)電壓的 8% 以內(nèi)。除了Q1基極發(fā)射極電壓 （Vbe） 的電阻器容差和變化以外,，二級(jí)管的正向電壓也是出現(xiàn)誤差的原因,。在本應(yīng)用中，升壓電壓不需要一個(gè)嚴(yán)格的容差,，因?yàn)橄掠无D(zhuǎn)換器會(huì)對(duì) PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器輸出電壓中任何異常的變化進(jìn)行校正,。

　　參考文獻(xiàn)：

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