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基于IC控制器FAN4810的500WPFC電源的設(shè)計(jì)
摘要：介紹了PFC控制器FAN4810的主要特性，同時(shí)給出了基于FAN4810的500W高性能PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)程序與方法。引言
將基于功率因數(shù)控制器的有源功率因數(shù)校正（PFC）預(yù)調(diào)節(jié)器應(yīng)用于分布式電源系統(tǒng)的前端時(shí)，能使非線性負(fù)載呈現(xiàn)純電阻性，迫使橋式整流器的輸入電流正比于輸入電壓，并且與線路電壓保持同相位，因而線路功率因數(shù)幾乎達(dá)到1。有源PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的DC輸出電壓必須高于AC線路電壓的峰值。對于270V的AC最高輸入線路電壓，PFC升壓變換器的DC輸出穩(wěn)定電壓通常是385V或400V。基于美國飛兆半導(dǎo)體公司功率因數(shù)控制器FAN4810的PFC升壓變換器，有著寬輸入電壓范圍和寬輸出功率電平，符合IEC1000?3?2規(guī)范和UL1950標(biāo)準(zhǔn)，具有超快速PFC響應(yīng)。本文簡要介紹了PFC控制器FAN4810的主要特點(diǎn)，給出了完整的應(yīng)用電路，重點(diǎn)介紹了利用FAN4810控制器的500WPFC預(yù)變換器設(shè)計(jì)。
圖1
1 FAN4810的基本結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)
FAN4810采用16引腳DIP和16引腳SOIC封裝，芯片電路組成框圖如圖1所示。
FAN4810是一種平均電流、連續(xù)升壓前沿PFC控制器，其主要特點(diǎn)如下：
1）含有Tri?faultDetectTM功能，符合UL1950安全標(biāo)準(zhǔn)。萬一反饋通路失效，反饋腳VFB上電壓太高、太低或開路，三故障（Tri?fault）檢測電路將終止PFC驅(qū)動(dòng)；
圖2
2）壓擺率增強(qiáng)的跨導(dǎo)電流誤差放大器（IEA），提供超快速PFC響應(yīng)；
3）內(nèi)置增益調(diào)制器，并且有3個(gè)輸入，即AC線路電流參考輸入IAC、AC線路電壓檢測輸入VRMS和PFC輸出電壓反饋誤差放大器（VEA）輸出VEAO，這種3輸入增益調(diào)制器，對PFC起核心控制作用；
4）帶有輸出過電壓保護(hù)（OVP）、輸入電壓過低（brown?out）保護(hù)、VCC欠壓鎖定（UVLO）、峰值電流限制和軟啟動(dòng)功能；5）帶開/關(guān)PWM時(shí)鐘輸入（腳CLKSD）和同步時(shí)鐘輸出（腳CLKOUT）；
6）VCC啟動(dòng)門限為13V，關(guān)閉門限是10.8V，啟動(dòng)電流約200μA，在VCC=15V下的工作電流約5.5mA；
7）柵極驅(qū)動(dòng)電流容量達(dá)±1A。
2 應(yīng)用電路與設(shè)計(jì)
2.1 應(yīng)用電路及操作
圖2示出了由FAN4810組成的一個(gè)500W有源PFC升壓變換器電路。
在接通AC線路電源后，當(dāng)電容C15通過R13和R14被充電到13V時(shí)，F(xiàn)AN4810啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)，在PFC開關(guān)Q1導(dǎo)通之前，為保證PFC操作，通過二極管D2的電流迅速對C5充電到AC線路電壓峰值。當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)，C5上電壓經(jīng)L1升壓至400V。升壓電感器L1的輔助繞組及D3，D4，C12，C16和R10，C15組成的全波整流濾波電路，為FAN4810腳VCC提供15V的DC工作電壓。Q4，R16和C20等組成軟啟動(dòng)電路，F(xiàn)AN4810誤差放大器輸出VEAO被迫跟隨Q4對C20充電。當(dāng)C20被充電至VREF（7.5V）時(shí)，Q4截止。
2.2 設(shè)計(jì)程序與方法
2.2.1 PFC升壓變換器基本參數(shù)
圖2所示的PFC升壓變換器電路主要參數(shù)為：
輸出功率Po=500W；
最低AC線路電壓VMIN=80V；
最高AC線路電壓VMAX=264V；
DC輸出電壓Vo=400V（正常值），最小值Vo(MIN)=300V；
變換效率η=0.93；
開關(guān)頻率fs=100kHz；
總電流諧波失真THD=5％。
2.2.2 主要電路和元件參數(shù)選取
根據(jù)PFC變換器的技術(shù)條件和FAN4810的電氣特性，可以確定主要元件的選取。
2.2.2.1 升壓電感器L1電感值的確定
PFC變換器在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下工作，最大峰值A(chǔ)C線路電流IIN（PK）為
高頻電流峰—峰值ΔI可按IIN(PK)的20％來處理，即ΔI=9.5A×20％=1.9A。通過L1的最大電流為
IL(MAX)=IIN(PK)＋ΔI/2=9.5A＋1.9A/2=10.45A
開關(guān)占空因數(shù)D為
L1的電感值可由式（1）確定。
將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）得到L=426μH，可選擇420μH（電流容量為10A）。
2.2.2.2 輸出電容C5的選擇
支持（hold?up）時(shí)間tHLD是確定C5容值的主要依據(jù)。tHLD是在AC電源中斷之后，變換器輸出仍然在規(guī)定范圍的保持時(shí)間。其間，C5中儲(chǔ)存的能量J=PotHLD，同時(shí)還可表示為J=〔CVo2－C〕，由此可得
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