1引言

　　隨著功率因數(shù)校正" title="功率因數(shù)校正">功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)在我國(guó)的重視與應(yīng)用,，功率因數(shù)校正專用控制器的研究漸趨增加,?？紤]到CAD技術(shù)迅速發(fā)展的今天,，傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法發(fā)生了革命性變革,。計(jì)算機(jī)仿真參與產(chǎn)品設(shè)計(jì),，不僅高效、安全,、節(jié)省經(jīng)費(fèi),，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)性能，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期,，計(jì)算機(jī)仿真可忽略寄生效應(yīng),，避免噪聲干擾，還可簡(jiǎn)化復(fù)雜電路。

　　然而國(guó)內(nèi)對(duì)功率因數(shù)校正專用控制器的計(jì)算機(jī)仿真模型的研究尚不多見(jiàn),，為了更好地利用計(jì)算機(jī)仿真來(lái)進(jìn)行高頻功率變換系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，對(duì)功率因數(shù)校正專用集成電路的計(jì)算機(jī)仿真模型的研究很有必要。

　　目前,，PFC專用集成電路有很多品種,，國(guó)外的一些半導(dǎo)體廠商如Motorola、Unitrode,、SiliconGeneral,、Siemens、MicroLinear都開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了PFC專用集成電路,。常見(jiàn)的有專用于升壓變換型功率因數(shù)校正專用集成電路MC34261,、TDA4814、TDA4815,、TDA4816,、TDA4817、UC3854,、ML4819等,。各種產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和性能有所不同，但其結(jié)構(gòu)與功能模塊基本相同,。

　　本文將以Unitrode公司的功率因數(shù)校正專用集成電路UC3854的主要參數(shù)進(jìn)行宏模型構(gòu)建并對(duì)利用所建模型構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路進(jìn)行仿真,。

2UC3854的結(jié)構(gòu)與主要特性

圖1UC3854的總體結(jié)構(gòu)框圖

2.1UC3854的組成結(jié)構(gòu)

　　UC3854的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括以下幾個(gè)功能模塊：電壓誤差放大器模塊,，電流誤差放大器模塊,，乘除法器模塊，鋸齒波" title="鋸齒波">鋸齒波發(fā)生器模塊,，輸出驅(qū)動(dòng)模塊,，以及峰值限制比較器模塊，欠電壓過(guò)電壓保護(hù)模塊,，軟起動(dòng)模塊和一些數(shù)字邏輯,。為了簡(jiǎn)化模型，建模中省去欠電壓,、過(guò)電壓鎖存比較器,，軟起動(dòng)等輔助環(huán)節(jié)。

2.2UC3854的關(guān)鍵特性

表1列出了UC3854各主要功能模塊的關(guān)鍵特性,。

表2 列出了UC3854管腳說(shuō)明,。

3模塊宏模型的構(gòu)建

3.1誤差放大器

　　UC3854內(nèi)部有電壓誤差放大器和電流誤差放大

表1UC3854的關(guān)鍵參數(shù)

圖2電壓誤差放大器原理示意圖

圖3電壓誤差放大器宏模型示意圖

表2UC3854管腳說(shuō)明

器,，它們的基本結(jié)構(gòu)類似，其差別在于電流誤差放大器對(duì)電流控制電路有特殊要求,，其增益和帶寬要大于電壓誤差放大器。因此我們這里只給出電壓誤差放大器的宏模型示意圖,，圖2為電壓誤差放大器的原理圖,，圖3為其相應(yīng)的宏模型示意圖。

　　在圖2中,，運(yùn)放的正向輸入端連接傳感電壓,，反向輸入端連接到基準(zhǔn)電壓，運(yùn)放的輸出經(jīng)過(guò)三極管與6.2k的電阻構(gòu)成射極跟隨引出,。

　　在圖3中,，RI和CI決定了電壓誤差放大器的輸入阻抗，電壓控制電流源G1以及電容CI決定了電壓誤差放大器的增益帶寬積,，通過(guò)二極管VD2和VD3以有源功率因數(shù)校正

圖4乘法器宏模型示意圖

圖5振蕩器宏模型示意圖

圖6輸出驅(qū)動(dòng)模塊宏模型示意圖

圖7包含UC3854的功率因數(shù)校正電路圖

及電源Uo和UN來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)誤差放大器輸出的箝拉,。

3.2乘法器模型

　　乘法器的模型構(gòu)建在整個(gè)集成電路的建模中非常重要，圖4給出了其宏模型的具體實(shí)現(xiàn),。該乘法器有三個(gè)輸入：電壓誤差放大器的輸出（EAOUT）,，輸入AC電流（IAC）,，URMS輸入。其中,，IAC端輸入的是電流信號(hào),，而它的采樣是功率級(jí)的輸入電壓，這可以用一個(gè)6V的電壓源UIAC來(lái)進(jìn)行電壓信號(hào)/電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換,。注意到輸出端輸出的是電流信號(hào),，該乘法器的輸出電流可用下式表示：

IMO=K×IAC(UEAOUT－1)（1）

式中：K為增益調(diào)節(jié)因子，它隨著功率級(jí)的輸入電壓URMS之變化而變化,，它可以用下式表示：

K=k/U2RMS（2）

式中：k為乘法器增益常數(shù),，其典型值為1V。

圖8開(kāi)關(guān)管柵級(jí)驅(qū)動(dòng)脈沖波形（fS=5kHz）

圖9開(kāi)關(guān)管柵級(jí)驅(qū)動(dòng)脈沖波形（fS=100kHz）

3.3振蕩器模型

　　鋸齒波發(fā)生器的振蕩頻率和死區(qū)時(shí)間由外圍電路元件RT和CT共同決定,，其工作原理在參考文獻(xiàn)[1]中有詳細(xì)的介紹,，在此不再重述。圖5給出了鋸齒波發(fā)生器的原理示意圖,。

　　圖5中,，參考電壓，UD,，RT,，F(xiàn)CHARG共同決定了電容的充電電流，而電流源G的加入與否則受X1的控制,。當(dāng)X1輸出為6.3V時(shí),，開(kāi)關(guān)閉合，G為12mA,，電容放電,；當(dāng)X1輸出為1.1V時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi),，G為0mA,，電容充電。為了較精確地控制開(kāi)關(guān)的門限電平,，其中采用了數(shù)字輸入輸出器件,。

3.4輸出驅(qū)動(dòng)電路

　　圖6為輸出驅(qū)動(dòng)電路的宏模型，由圖可以很容易分析出其工作的原理,。其中,，兩個(gè)三極管組成推挽式的輸出驅(qū)動(dòng)。這是在構(gòu)造宏模型時(shí)所做的簡(jiǎn)化,，輸入信號(hào)為該芯片內(nèi)部邏輯輸出,，對(duì)本電路來(lái)說(shuō)是一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)。其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)受到箝位二極管VDCL的箝位,，用以對(duì)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行保護(hù),。

4仿真應(yīng)用實(shí)例

　　為了更好地理解和利用以上所構(gòu)建的宏模型,，下面以該模型為核心對(duì)圖7所示功率因數(shù)校正設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真。

圖10輸入電壓,、電流波形與輸出電壓波形

　　該P(yáng)FC電路的技術(shù)指標(biāo)如下：

　　最大輸出功率：200W

　　輸入電壓：220VAC50Hz

　　輸出電壓范圍：380～400V

　　開(kāi)關(guān)頻率：fs=100kHz

　　仿真的結(jié)果可總結(jié)為圖8,、圖9、圖10及表3,。其中圖9所示為穩(wěn)態(tài)情況下電流誤差放大器,，鋸齒波發(fā)生器的鋸齒波，功率開(kāi)關(guān)管的柵級(jí)驅(qū)動(dòng)脈沖,。由于開(kāi)關(guān)工作頻率為100kHz所以該圖中只能看到部分波形,，如果降低頻率為5kHz則可非常明顯地看出為SPWM波，如圖8所示,。

　　圖10所示為整流后的輸入電壓波形,，整流后的輸入電流波形，功率級(jí)輸出電壓波形,。從該圖中可以看到,，輸出電壓還是比較理想的，在保留二倍頻諧波的情況下,，基本不含高次諧波,。輸入電流的波形在相位上與輸入電壓基本保持同相，波形的畸變也不大,。表3對(duì)不同工頻電壓情況下的功率因數(shù)作了一個(gè)總結(jié),，可以看出其功率因數(shù)有了較大的改善。

                  表3不同工頻電壓下的性能

　　總的說(shuō)來(lái),，我們所構(gòu)建的宏模型總體上是可行的,可以在實(shí)際電路設(shè)計(jì)仿真中使用,。