大功率無橋PFC研究系列(3)

ID:72519 · 發(fā)表于 2015-1-22 23:11

上接：大功率無橋PFC研究系列(2):http://www.izizhuan.cn/bbs/dpj-30913-1.html
經(jīng)過之前的討論和權(quán)衡，最終決定試制標(biāo)準(zhǔn)無橋PFC的樣機(jī)。

設(shè)計(jì)指標(biāo)輸入85-265VAC，輸出400VDC，最大輸出功率1.5kw，在85V輸入時(shí)也達(dá)到1.5kw

窩選擇UCC28019作為核心控制芯片，這是一款單周期平均電流控制的PFC芯片，單周期控制技術(shù)只需要采樣輸入電流和輸出電壓即可完成PFC功能，傳統(tǒng)的CCM模式的PFC芯片需要額外采樣輸入電壓的瞬時(shí)值和有效值，這倆在無橋PFC中很難直接采樣。因此單周期控制方案成為了首選。

UCC28019的開關(guān)頻率為固定的65KHz，對(duì)于這個(gè)1.5kw級(jí)別的應(yīng)用正好，是在電感體積和開關(guān)損耗之間的一個(gè)不錯(cuò)的平衡
芯片帶有超壓保護(hù)、開環(huán)保護(hù)、輸入電壓過低保護(hù)、過流保護(hù)、過熱保護(hù)等功能

比較難攻克的地方就是電流采樣，幸運(yùn)的是ST公司的一片應(yīng)用文檔已經(jīng)給出了不錯(cuò)的解決方案，在這里感謝他們！
圖來自ST公司的AN1606文檔

這里有L1和L2兩個(gè)電感，L1對(duì)功率管電流進(jìn)行采樣，L2對(duì)二極管電流采樣，合成之后便是含有高頻成分的電感電流波形。
當(dāng)AC上正下負(fù)的時(shí)候，當(dāng)M2開啟時(shí)L1b和次級(jí)傳感了M2的電流，M2關(guān)閉之后L2則傳感了二極管波形
當(dāng)AC上負(fù)下正的時(shí)候，當(dāng)M1開啟時(shí)L1b和次級(jí)傳感了M1的電流，M2關(guān)閉之后 L1a和L1b產(chǎn)生了相反的磁通，互相抵消，此時(shí)L2傳感了二極管的電流波形
Q1的作用是為了防止L1的磁芯通過次級(jí)的二極管進(jìn)行磁復(fù)位，防止輸出的信號(hào)含有復(fù)位電流成分
由了這個(gè)檢測方法，就可以準(zhǔn)確的反應(yīng)出電感電流的波形，從而提供給芯片進(jìn)行功率因數(shù)校正

窩計(jì)算得到的電流采樣電阻為0.018歐，因此互感器就采用1：260的，而次級(jí)的負(fù)載電阻為4.7歐，較高的互感器初次級(jí)比有助于抵消二極管的非線性影響。兩個(gè)電流互感器用0.2的漆包線繞260圈，然后穿過粗漆包線制成，結(jié)構(gòu)如下：

采用互感器之后，功率回路和信號(hào)回路更獨(dú)立，因此得到的電流信號(hào)更純凈

主功率電感和UCC28019的反饋和補(bǔ)償回路的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的有橋PFC完全一致，因此可以方便的采用TI公司提供的excel表格進(jìn)行快速計(jì)算。

為了降低EMC問題，輸出電感采用雙繞組耦合工藝，圈數(shù)和傳統(tǒng)PFC所需的一樣，只不過分成兩部分來繞：

窩的電感采用了1.8mm的漆包線繞制，因?yàn)槭荂CM的，所以高頻電流成分很少，基本能按照工頻標(biāo)準(zhǔn)選擇線徑
磁環(huán)采用90導(dǎo)磁率的77442

控制部分和功率部分的參數(shù)如下：

C401和C402用于提供高頻回路并降低EMC問題
D407和D408用于在啟動(dòng)的時(shí)候給高壓電容充電，防止電流沖擊電感
繼電器用于在PFC正常工作之后短路啟動(dòng)限流的NTC電阻，降低損耗

這是給控制電路供電的開關(guān)電源電路，AG_15V用于給軟起動(dòng)電路、同步整流控制電路和低壓保護(hù)電路供電，電路采用了無光藕的形式，保證了AG_15V那路的輸出穩(wěn)定，反激變換器有交叉調(diào)整問題，為了保證PFC芯片得到穩(wěn)定供電，IC102充當(dāng)了穩(wěn)壓的作用。

下面介紹其他的一些控制電路
首先是低壓保護(hù)功能，防止在電網(wǎng)電壓過低時(shí)PFC輸入過大電流而燒毀

這部分電路利用NE555的鎖存和比較功能實(shí)現(xiàn)，需要結(jié)合NE555內(nèi)部原理分析。輸入的AC經(jīng)過整流濾波后進(jìn)行檢測，當(dāng)6腳電壓大于5腳電壓時(shí)輸出變?yōu)榈碗娖剑馀旱秒姽ぷ鳎珹C_GOOD信號(hào)傳遞給PFC芯片使之開始工作，當(dāng)IC201A的5腳小于5.2V之后，2腳電壓變低，3腳輸出高電平關(guān)閉光藕，此時(shí)PFC芯片被禁止工作以達(dá)到保護(hù)目的。

然后是同步整流控制電路