基于L6562的高功率因數(shù)boost電路的設(shè)計(jì)

1、基于l6562的高功率因數(shù)boost電路的設(shè)計(jì)boost是一種升壓，這種電路的優(yōu)點(diǎn)是可以使輸入延續(xù)，并且在囫圇輸入的正弦周期都可以調(diào)制，因此可獲得很高的功率因數(shù)；該電路的電流即為輸入電流，因而簡單調(diào)整；同時(shí)開關(guān)管門極驅(qū)動信號地與輸出共地，故驅(qū)動容易；此外，因?yàn)檩斎腚娏餮永m(xù)，開關(guān)管的電流峰值較小，因此，對輸入電壓變幻適應(yīng)性強(qiáng)。儲能電感在boost電路起著關(guān)鍵的作用。普通而言，其感量較大，匝數(shù)較多，阻抗較大，簡單引起電感飽和，發(fā)熱量增強(qiáng)，嚴(yán)峻威逼產(chǎn)品的性能和壽命。因此，對于儲能電感的設(shè)計(jì)，是boost電路的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本文基于st公司的l6562設(shè)計(jì)了一種boost電路，并具體分析了磁性元器件

2、的設(shè)計(jì)辦法。1 boost電路的基本原理boost電路拓?fù)?所示。圖中，當(dāng)開關(guān)管t導(dǎo)通時(shí)，電流，il流過電感線圈l，在電感線圈未飽和前，電流線性增強(qiáng)，電能以磁能的形式儲存在電感線圈中，此時(shí)，cout放電為負(fù)載提供能量；而當(dāng)開關(guān)管t關(guān)斷時(shí)，因?yàn)榫€圈中的磁能將轉(zhuǎn)變線圈l兩端的電壓vl卡及性，以保持其電流il不突變。這樣，線圈l轉(zhuǎn)化的電壓vl與電源vin串聯(lián)，并以高于輸出的電壓向電容和負(fù)載供電，2所示是其電壓和電流的關(guān)系圖。圖中，vcont為功率開關(guān)的控制信號，vi為mofet兩端的電壓，id為流過d的電流。以電流，il作為區(qū)別，boost電路的工作模式可分為延續(xù)模式、斷續(xù)模式和臨界模式三種。分析圖

3、2，可得：式(2)即為boost電路工作于延續(xù)模式和臨界模式下的基本公式。式(2)即為boost電路工作于延續(xù)模式和臨界模式下的基本公式。2 臨界狀態(tài)下的boost-apfc電路設(shè)計(jì)基于l6562的臨界工作模式下的boost-apfc電路的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3所示，圖4所示是其apfc工作原理波形圖。利用boost電路實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)的原理是使輸入電流尾隨輸入電壓，并獲得期望的輸出電壓。因此，控制電路所需的參量包括即時(shí)輸入電壓、輸入電流及輸出電壓。乘法器銜接輸入電流控制部分和輸出電壓控制部分，輸出正弦信號。當(dāng)輸出電壓偏離期望值，如輸出電壓跌落時(shí)，電壓控制環(huán)節(jié)的輸出電壓增強(qiáng)，使乘法器的輸出也相應(yīng)增強(qiáng)，從

4、而使輸入電流有效值也相應(yīng)增強(qiáng)，以提供足夠的能量。在此類控制模型中，輸入電流的有效值由輸出電壓控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)調(diào)制，而輸入電流控制環(huán)節(jié)使輸入電流保持正弦邏輯變幻，從而跟蹤輸入電壓。本文在基于此類控制模型下，采納st公司的l6562作為控制芯片，給出了boost-apfc電路的設(shè)計(jì)辦法。l6562的引腳功能如下：inv：該引腳為電壓誤差的反相輸入端和輸出電壓過壓庇護(hù)輸入端；comp：該引腳同時(shí)為電壓誤差放大器的輸出端和芯片內(nèi)部乘法器的一個(gè)輸人端。反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)接在該引腳與引腳inv之間；mult：該引腳為芯片內(nèi)部乘法器的另一輸入端；cs：該腳為芯片內(nèi)部的反相輸入端，可通過r6來檢測mos管電流；zcd：

5、該腳為電感電流過零檢測端，可通過一限流電阻接于boost電感的副邊繞組。r7的選取應(yīng)保證流入zcd引腳的電流不超過3 ma；gnd：該引腳為芯片地，芯片全部信號都以該引腳為參考，該引腳挺直與主電路地相連；gd：為mos管的驅(qū)動信號輸出引腳。為避開mos管驅(qū)動信號震蕩，普通在gd引腳與mos管的柵極之間銜接一十幾歐姆到幾十歐姆的電阻，電阻的大小由實(shí)際電路打算；vcc：芯片電源引腳。該引腳同時(shí)銜接于啟動電路和電源電路。另外，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，穩(wěn)壓管d2應(yīng)選用15 v穩(wěn)壓管，電容c2應(yīng)選用10f的電解電容；二極管d5應(yīng)選用快復(fù)原二極管(如1n4148)；電阻r3應(yīng)選用幾百千歐的電阻。圖5給出了由l656

6、2構(gòu)成的apfc電源的實(shí)際。圖中，輸入溝通電經(jīng)整流橋整流后變換為脈動直流，作為boost電路的輸入；電容c4用以濾除電感電流中的高頻信號，降低輸入電流的諧波含量；電阻r1和r2構(gòu)成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，用以確定輸入電壓的波形與相位，電容c10用以慮除3號引腳的高頻干擾信號；boost電感l(wèi)的一個(gè)副邊繞組，一方面通過電阻r7將電感電流過零信號傳遞到芯片的5腳，另一方面作為芯片正常工作時(shí)的電源；芯片驅(qū)動信號通過電阻r8和r9連到mos管的門極；電阻r11作為電感電流檢測電阻，用以采樣電感電流的升高沿(mos管電流)，該電阻一端接于系統(tǒng)地，另一端同時(shí)接在mos管的源極，同時(shí)經(jīng)電阻r10接至芯片的4腳；電阻r

7、5和r6構(gòu)成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)形成輸出電壓的負(fù)反饋回路；電容c9銜接于芯片1、2腳之間，以組成電壓環(huán)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；電阻r4，電容c6，二極管d5，穩(wěn)壓管d6和boost電感的副邊則共同構(gòu)成芯片電源。3 boost電感的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采納ap法則來設(shè)計(jì)boost電感。其原理是首先按照設(shè)計(jì)要求計(jì)算所需電感：式中，virms為輸入電壓有效值；vo為輸出電壓，fsw(min)為mos管的最小工作頻率，通常在20khz以上；pi為輸入功率。計(jì)算要求的ap值為：式中，ku為磁芯窗口利用率，jc為電流密度，il(pk)為電感電流峰值。按照(4)式的計(jì)算結(jié)果可挑選磁芯的ap值(大于ap_req，ap=aeaw，單位

8、為m4)。然后按照所選磁芯來計(jì)算原邊匝數(shù)及所需氣隙。副邊匝數(shù)普通按10：1選取。4 試驗(yàn)波形分析為了驗(yàn)證以上設(shè)計(jì)的合理性，本文設(shè)定最小輸入電壓為187 v，最大輸入電壓為264 v，輸入頻率為50 hz，輸出電壓為400 v，pf=099，效率為87，輸出功率265 w，最小工作頻率為65 khz來舉行實(shí)物試驗(yàn)，同時(shí)按照計(jì)算，并通過il(pk)=4653 ma來選取導(dǎo)線為mm，jc=4mm2，l=299 mh(l=27 mh時(shí)，驗(yàn)證最小頻率為72 khz65 khz，可滿足設(shè)計(jì)要求)。設(shè)ku=03，bmax=03t，由(4)式計(jì)算得：ap_req(min)=664×10-10m4這樣，可挑選磁芯ee1665，其ap=75×10-10m4，可滿足設(shè)計(jì)要求；而由(5)式計(jì)算得np=2181匝，取215匝，并驗(yàn)證bmax=0304t，氣隙lgap=041 mm。按照以上計(jì)算參數(shù)所搭建的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砼e行的結(jié)果6所示。由圖6可見，輸入電流能良好的尾隨輸入電壓，且電流電壓相位差臨近于零，故可實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)的控制。另外，mosfet的電流是一種高頻三角波，其包絡(luò)為輸入電壓。因?yàn)閙osfet可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，能有效減小開關(guān)損耗。按照測試結(jié)果，該電路的pf可達(dá)0998以上，thd在5以下。5