PFC電路使用UC3854的計(jì)算

1、PFC電路使用UC3854的計(jì)算UC3854簡(jiǎn)介圖1為UC3854的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖1.UC3854的內(nèi)部原理框圖它包含了采用平均電流型功率因子校正控制全部必需的功能的單片集成電路，主要由電壓放大器、模擬乘法器、電流放大器和定頻率脈寬調(diào)制器組成。此外還包括有與功率MOSFET兼容的柵極驅(qū)動(dòng)器、電壓基準(zhǔn)、總線預(yù)測(cè)器、加載賦能比較器、欠壓檢測(cè)和過(guò)流比較器UC3854因采用平均電流型方式實(shí)現(xiàn)定頻電流控制，故穩(wěn)定性髙、失真小，且無(wú)需對(duì)電流作斜率補(bǔ)償就能夠精確維持總線輸入電流正弦化。UC3854可在輸入線電壓75? 275V,工頻50? 400HZ的范圍內(nèi)使用。為了 減少偏置電路的功耗，UC3854 還具

2、有啟動(dòng)電流低的特點(diǎn)。該器件釆用16腳DIP封裝，也有表面封裝的產(chǎn)品。管腳功能介紹下面分別介紹器件的管腳功能管腳l(GND)為接地腳，器件內(nèi)部所有的電壓都以該電壓為基準(zhǔn)參考。和V時(shí)應(yīng)采用 或更大的陶瓷電容直接旁路到該點(diǎn)。定時(shí)電容的放電電流也應(yīng)該回到該點(diǎn)，故從振蕩器定時(shí)電容到 地”的引線必須盡可能的短。管腳 2 (PK lim) 為峰值限定腳。其值為，使用時(shí)將它連接到電流傳感電阻的 負(fù)端，同時(shí)再用電阻和內(nèi)基準(zhǔn)相連，將負(fù)電流傳感信號(hào)補(bǔ)償?shù)健暗?電位。管腳3 (Vcea)是電流放大器的輸出端，是對(duì)輸入總線電流進(jìn)行傳感，并且向脈寬調(diào)制器(PWM)發(fā)送電流校正信號(hào)的寬帶運(yùn)算放大器的輸出。當(dāng)需 PWM輸出D

3、二0的調(diào)寬 脈沖時(shí)，該腳的輸岀擺幅可接近為零。管腳4(lsense為電流傳感負(fù)端，它是電流放大器的負(fù)輸入端。由于其輸入埠對(duì)地采用了二極管保護(hù)，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)該埠的電位應(yīng)確保高于管腳5 (Mult out)為乘法器輸出和電流傳感正端。應(yīng)該注意的是該管腳的電 位也不能低于。因?yàn)槌朔ㄆ鬏敵龅氖请娏?，該埠的輸入阻抗很髙，因此電流放大器可作為差分放大器配制來(lái)抑制接地噪聲。管腳6 (lac)為交流電流輸入端。該端口的標(biāo)準(zhǔn)電壓是 6V,所以，除了需要用 電阻 將管腳 6經(jīng)過(guò)整流的工頻總線相連外，還應(yīng)釆用電阻將該埠與內(nèi)基準(zhǔn)連起來(lái)。一般后者的數(shù)值應(yīng)是前者的四分之一，這樣線電流的交調(diào)失真將最小。管腳7 (Vve

4、a)為電壓放大器的輸出。該端口是作輸出電壓調(diào)整用的電壓放大器的輸岀，為了防止輸岀過(guò)沖，內(nèi)部限定在約。當(dāng)連接在該輸岀端的 電壓低于 lV 時(shí)， 將會(huì)抑制乘法器的輸出。壓相管腳 8(Vff) 為總線電壓有效值端。當(dāng)該端口和跟輸入線電壓有效值正比的電接時(shí)，則可以對(duì)線電壓的變化作出補(bǔ)償。為了控制良好起見(jiàn)，該端口的電壓 應(yīng)該限制 在到之間。管腳 9(Vref) 是基準(zhǔn)電壓輸出端。內(nèi)部基準(zhǔn)電壓可在該端口的輸岀精確的基 準(zhǔn)電 壓和 10 mA 電流。當(dāng)器件的 Vcc 端( 管腳或 ENA 端( 管腳 10)為低電平時(shí) , 基準(zhǔn)電壓將 維持在0V。為了提高電路的穩(wěn)定性， 一般應(yīng)該用一只“的電容將管 腳9連接到

5、“地”。管腳 10(ENA) 為確認(rèn)端。該端口是一邏輯輸入端口，當(dāng)其處于高電平 ( 大于 V) 時(shí)， PWM 輸出、內(nèi)部基準(zhǔn)和振蕩器將被確認(rèn)。該埠還能釋放軟啟動(dòng)位，使軟啟 埠的電位升 髙。確認(rèn)段可作為某種故障狀態(tài)下關(guān)閉電路的一種手段，也可以作開(kāi)機(jī)時(shí)提供附加延遲的方法之用。該埠如不使用，要把通過(guò) 22kQ 的限流電阻和 Vcc 相連。該管腳一般不 被用作 PWM 輸出的高速關(guān)斷。管腳11 (Vsense為電壓傳感器端。該端口是電壓放大器的負(fù)輸入端，一般和反饋網(wǎng)絡(luò)相接或通過(guò)分壓網(wǎng)絡(luò)與功率因子校正變換主回路的輸岀相連。管腳12(Rset)調(diào)節(jié)振蕩電流和乘法器的輸出設(shè)定端。埠和地之間可以通過(guò)接不同的電

6、阻來(lái)調(diào)節(jié)振蕩器的充電電流和乘法器的最大輸出。乘法器的輸出電流不會(huì)超過(guò)除以所接的電阻值。管腳13 (SS)為軟啟動(dòng)端。當(dāng)器件因某些原因或Vcc太低而無(wú)法正常工作時(shí)，該管腳維持地電位； Vcc 和器件正常情況下，該埠將被內(nèi)部14AA 的電流源充電到的緩8V以上。如果電位低于9腳，則起電壓放大器的基準(zhǔn)輸入的作用。隨著端口電壓慢上升，PWM的占空比逐漸增大，故障情況下軟啟動(dòng)電容將快速放電，促使PWM無(wú)法輸出。管腳14 (CT)為振蕩器定時(shí)電容端。該埠和地之間接入一電容，則可以設(shè)定PWM的振蕩頻率。一般振蕩頻率可按下式計(jì)算：_1 ? 25-Rset * Ct管腳15(Vcc)為正電源端。正常情況，Vcc

7、至少應(yīng)為能提供20mA電流，端電 壓不 小于17V的正電源。同時(shí)，Vcc通過(guò)旁路接地來(lái)吸收電源中由于MOSFET的門(mén) 電容引起的尖刺電流。管腳16 (GT DRV)為外接功率M0SFET柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端。該端口是 PWM信號(hào) 圖騰柱輸出端口，外接15齊納二極管的話，器件可在 Vcc高達(dá)35V的狀態(tài)下 正常工作。 為防止外接功率MOSFET的柵極阻抗與該埠內(nèi)部輸出驅(qū)動(dòng)器相互作用，造成輸出信號(hào)的過(guò)沖，端口與MOSFET柵極間應(yīng)該串接不小于 5 Q的電阻。 元器件的選擇現(xiàn)在對(duì)系統(tǒng)中的元器件進(jìn)行選擇和計(jì)算1 ?技術(shù)指針輸出功率：250W輸入電壓的范圍：80V270V工作頻率范圍：4765 Hz輸出直

8、流電壓：400Vdc2?開(kāi)關(guān)頻率的選擇：在大部分的應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)頻率的范圍選取在20 300kHz,現(xiàn)在選擇100kHz的開(kāi)關(guān)頻率3主回路電感L的選擇：假定電路具有理想效率，Pin = Pmax則最大網(wǎng)側(cè) 輸入電流 峰值 為認(rèn)二空丄二至竺二 AVjn min 80電流紋波以電流峰值的20%計(jì)，那么開(kāi)關(guān)導(dǎo)通比為：如吹）400-5/2X80Vo400當(dāng)開(kāi)關(guān)的切換頻率確定以后，主回路的電感可由下式求得二如吹。二 八 2x80 x0.71AxAL1OOX1O3XO.9實(shí)際應(yīng)用選取的電感4?輸出電容器的選擇般在工作中，按功率的大小，每瓦約需要1-2-F的電容，考慮到對(duì)電路維持時(shí)間的要求，實(shí)際電容量可按下式

9、來(lái)計(jì)算：Co二 中2 x Pout x A Vo為最小輸出電壓，如果維持時(shí)間以 34ms計(jì)，最小輸岀電壓取 350V,則，Co- 2x250 x34x10-7/(4002 -35O2)5電流傳感電阻Rs的選擇電流傳感電阻兩端的電壓 Vrs的典型值是V,則Rs可由下列公式計(jì)算得至山Ipk (nnx)二 1 + 二 + 二 A那么，有二-vrs - - = - = Q,實(shí)取Q1 PK (max) 5則此時(shí) Vrs 二 X 二 V6 峰值限流電阻Rpkl和Rpk2的選取這兩個(gè)電阻的選取應(yīng)考慮峰值電流的過(guò)載量，選取過(guò)載電流為，則過(guò)載峰值電流為+ = A,此時(shí)，過(guò)載傳感電壓為： rxovld) = 1

10、pk(ovld) X Rs = X = V而對(duì)于 Rpkl 在實(shí)際應(yīng)用中一般選取 10 KQ 阻值的電阻。則有：Rpk2 = SM ”)xRM = 1 - 4x10K=87KC 實(shí)際中一般取 KO。Vref7.57?乘法器的設(shè)置乘法器是功率因子校正電路的心臟部分，乘法器的輸出電壓通過(guò)電流環(huán)來(lái)控制輸入電流，從而得到髙的功率因子。乘法器有三個(gè)輸入端，分別為6、7、8管腳。輸出的是電流Inx)(第5腳)，Imo可由三個(gè)輸入的值來(lái)得到：Inw = AxMcxW -I)其中，如=,琢為乘法器的輸入電流，V為前饋電壓，而 V貝U是放大器的輸出。如圖20可知，前饋電壓網(wǎng)絡(luò)由3個(gè)電阻RffI,Rff2,Rff

11、3和 兩個(gè)電容CffI,Cff2組成。當(dāng) (min)是交流輸入 電壓有效值時(shí)，Vin的平均值可由下式求得：匕二匕” (min)X0.9。在最低交流輸入時(shí)，前饋電壓仃應(yīng)為；同時(shí)，Cffl兩端電壓約為，故由下面兩個(gè)式子聯(lián)立方程組有:1伯匕伽小朋3和7匕_(冊(cè)+冊(cè)3)冊(cè)1+冊(cè)2+冊(cè)3*Rff + Rff2 + Rff3和要求分壓網(wǎng)絡(luò)的總輸入阻抗約為1MG的條件即可解得：Rf門(mén)二910KKG, Rff2=91KG和Rff3 二 20KC。Rave阻值的選取可按最大輸入線電壓的峰值除以乘法器的最大輸入電流來(lái)計(jì)算。最髙峰值電壓 V酬(max) =nxmax)= 1.414x270 = 3822從芯片內(nèi)部的

12、指針可知，乘法器的最大輸入電流I (max)為600網(wǎng)。則R. vv=0 = 637Kd實(shí)際上選取620KC偏差電阻Rbl 般是Rave的四分600 x10&之一，所以Rbl二X 620 =155 KC,實(shí)際應(yīng)用中選取 150 KG的電阻。因?yàn)镮mo不能大于兩倍流過(guò) Rset的電流，故先求最低交流輸入電壓狀態(tài)下乘法器的輸入電流lac, lac =匕竺=.=1820 o則有Rvae 620X10ARset二丄仝-二一遼一二10.3KC，現(xiàn)在選取阻值為 10KG的電阻。另外，Rmo 2xlac 2x182x10兩端的電壓必須等于最低輸入交流線電壓時(shí)Rs兩端的電壓，已知 Vrs&那甌 W 簡(jiǎn))=2x

13、182x10?43O ,實(shí)取 KG。8?振蕩電容Ct的選取選擇的Ct可以確定開(kāi)關(guān)的頻率，現(xiàn)在已知道開(kāi)關(guān)的頻率為100kHz,則 諧波頻率。為了使電壓誤差放大器輸岀處的紋波電壓減小到允許到數(shù)值，應(yīng)可以選定Ct的值:1.251.25RsetxEn 10 x100 x10 69?電流誤差放大器補(bǔ)償在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，釆樣電阻的電壓變化量為AWs二?抵卩。二-性一一，而VS的電壓等于定時(shí)電容兩端的電壓 （）Lxfx0.001 x 100 xlO3那么誤差放大器的增益為：Gca=Gc6/ = 一 = 一 = 5.2o取反饋電阻 Rci二Rmo, AVny 1那么 Rcz=Gca X Rci = X =2

14、0KC 。Vox Rsi x Rcz _400 x 0.25x 20Z:f 2TTX LXVSX Rci 5.2x 2 龍 xO.OOl x3.9K考慮到電流環(huán)路的截至頻率：=5.1KHz選相位容限等于45?零點(diǎn)頻率等于截至頻率，零點(diǎn)補(bǔ)償電容g二z處&z = %ilOOKx2OK = 50廠?選取620pFo極點(diǎn)頻率至少須高于功率開(kāi)關(guān)的切換頻率的一半，則極點(diǎn)補(bǔ)償電容為Cep =-!- = ! =80 “ F選取 62pF 的27rxfyRcz 2KX100KX20K電容。h10.電壓誤差放大器的補(bǔ)償主電路的輸出電壓紋波可按下式計(jì)算fVo(pk)=Pin27rxJACoxVo 2X120 x45

15、0 x40()X1 。式中幾為工頻的二次按下式選擇誤差放大器在二次諧波頻率下到增益值:Gva- AVvwox (紋波許可百分比)Va AVo按規(guī)定取交流輸入電流的三次諧波為3%,如果管腳7處占，且該埠的電位對(duì) UC3854 來(lái)說(shuō)， Vvno 二 5? 1 二 4V.故 Gwz 二(4x0.0015) =0.0326所以電壓誤差放大器及饋回路中的組件Cvf可按下式計(jì)算求得：Cvf= 1=0.08/F,實(shí)際上取 PF。iTtjrRviGva 2/rx 120 x 51 IK x 0.0326因?yàn)镽vi的取值是任意的，但從實(shí)際中岀發(fā)，選擇Rvi = 511KQ.利用RW點(diǎn))旳點(diǎn)，可得到 Rvd二曲二

16、帶蛋沖KG,實(shí)際中取10KQo最后，根據(jù)電壓環(huán)路單位增益頻率，二次諧波所占總諧波失真的份量，可分別求處反饋分壓電容 Cffl、CIT2和Rvf的值。%*於 VvaoVoRviCoCvf)x； 400 x511/C x450 x 47 x 39.5 xA2x 10那么 Rvf=l/(2 Ji fviCvf)二小x47xO-9)= 177KQ 選取 174KG.總諧其中電壓環(huán)路單位增益頻率真與二次諧波的比值為：Gff=o采用二極點(diǎn)結(jié)構(gòu)，極點(diǎn)頻率為：fp二冋x 二x=18Hz.那 么容易得到：Cffl 二一！ 一 = - !- 二 0.097/F.O 實(shí)選 UFo 2 祁 R#2 2Axl8x917

17、CCff2 二 一 = !二 0.44/F。實(shí)選 UFo一 ：2 龍 xl8x20K到現(xiàn)在為止，PFC構(gòu)成電路基本設(shè)計(jì)完成。對(duì)于上述的電路，在理論上和實(shí) 際中都得到了廣泛的應(yīng)用。并且實(shí)用價(jià)值也很髙，在現(xiàn)階段還是比較新的技術(shù)。但是電路的性能并非盡善盡美的，還存在一些問(wèn)題，其中一個(gè)突出的問(wèn)題就是動(dòng)態(tài)性能差。動(dòng)態(tài)性能的補(bǔ)償1影響動(dòng)態(tài)性能的主要原因.在PFC電路的調(diào)試設(shè)計(jì)中，一般在電壓反饋中釆用低通濾波器濾除脈動(dòng)成 分，從 而保證輸入電流的參考信號(hào)與輸入電壓一致。但是，濾波器的加入，降低 了電壓環(huán)的截 止頻率，從而使裝置不能對(duì)輸出進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，影響了動(dòng) 態(tài)性 能。2脈動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑砑皩?shí)現(xiàn)LDC- 脈沖檢測(cè)1放大補(bǔ)償(b) A.原理原理圖如圖2所示。圖2 (a)脈動(dòng)補(bǔ)償電路原理圖(b)補(bǔ)償原理框圖B.補(bǔ)償器的實(shí)現(xiàn)圖3為補(bǔ)償器的實(shí)現(xiàn)原理圖。從圖中可以看到出，原理圖采用微分放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于微分有提高快速性的 作用，因 此可以使系統(tǒng)的的響應(yīng)速度得到提高。輸出濾波電容上的電壓脈動(dòng)被 取岀來(lái)，由放大級(jí) 輸出推動(dòng)補(bǔ)償變壓器實(shí)現(xiàn)對(duì)脈動(dòng)補(bǔ)償。同時(shí)，這個(gè)補(bǔ)償還可 以使輸出紋波減少。電壓紋波.采用PFC后措施后，往往會(huì)增大開(kāi)關(guān)變換器