基于临界导通模式的功率因数校正芯片设计.pdf

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1、第48卷第3期南开大学学报(自然科学版)Vo1．48NO_32015年6月ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisNankaiensisJun．2015文章编号：0465—7942(2015)03—0041—08基于临界导通模式的功率因数校正芯片设计王彬，高静，张国辉，付园园，徐江涛(天津大学电子信息工程学院，天津300072)摘要：针对中等功率电器功率因数校正的需要，设计了一种基于临界导通模式的升压型(boost)功率因数校正芯片．该芯片集成可编程过压保护、可编程限流保护等多种保护

2、电路，内设待机功能和自启动电路，通过电压控制环路和零电流检测电路实现了临界导通模式控制策略，固定升压输出．当负载为轻载时，通过将芯片的ZCD引脚接地，从而令芯片进入待机状态，减小了功率损耗．电路采用0．4bLmBCD工艺，芯片面积为1．186mm×1．172mm．仿真结果表明：输入电流接近正弦波并与输入电压同相位，实现了功率因数校正的目的；在12V供电电压下，芯片静态功耗约为31mW．芯片己经成功流片．关键词：临界导通模式；升压型；功率因数校正；电压控制环路；零电流检测中图分类号：TN432文献标识码：A0引言随着日益

3、增大的对绿色能源的要求，为了提高电网质量，功率因数校正(powerfactorcorrection，PFC)技术越来越广泛地应用于LED领域[1]．近年来，PFC技术的研究主要集中在新型拓扑结构和控制策略的提出，关于PFC芯片设计的报道较少．升压型(Boost)变换器[2-33较其它拓扑结构具有以下优点：电感位于主电路输入端，输入电流纹波小，PF值高，驱动电路简单，应用最为广泛．根据电感电流是否连续，PFC电路的控制策略可以分为，连续导通模式(continuousconductionmode，CCM)、不连续导通模式。

4、(discontinuousconductionmode，DCM)和临界导通模式l_8(criticalconductionmode，CRM)3种．cRM是介于CCM与DCM的1种工作模式，综合性能最佳，能够提高高输入电压时的功率因数．功率开关管零电流导通，不存在2极管反向恢复问题，大大减小了导通损耗．由于CRM模式电感峰值电流为交流输入电流的2倍，该模式适用于中等功率因数场合．文献ElO]提出了1种工作在DCM或CRM模式的新型有源功率因数校正电路，其零电流检测电路无需使用电阻和辅助线圈，减小了电路损耗，通过监测输入

5、和输出电压判断电感电流过零的时刻，但是控制电路复杂，且输入电压小时功率因数改善不明显．针对中等功率应用场合，提出一种基于临界导通模式的升压型功率因数校正芯片的设计．芯片采用0．4mBCD工艺，具有可编程过压保护、可编程限流保护等多种保护功能，通过自启动电路开启芯片并防止意外情况发生．芯片通过电压控制环路和零电流检测电路实现了CRM控制策略和固定升压输出，芯片很好地实现了使输入电流接近正弦波并与输入电压同相位，即实现了功率因数校正．对于功率因数要求高的场合，可以将该芯片与隔离型flyback或forward变换器组合形成

6、双级型PFC．芯片内设待机功能，对于负载为轻载，只用第2级变换器就能满足功率因数要求的场合，可将该芯片关断，进入待机状态，减小了功耗．收稿日期：2014—04—03基金项目：天津市科技支撑计划项目(13ZCZDGXO2D0O)作者简介：王彬(1979一)，男，天津人，博士研究生，研究方向：电源管理芯片设计．通讯作者：徐江涛(1979一)，男，河北迁安人，副教授，研究方向：集成电路设计．E—mail：xujiangtao@tju．edu．cn·42·南开大学学报(自然科学版)第48卷1临界导通模式PFC控制原理芯片系统框

7、图如图1所示，外围为Boost拓扑结构．临界导通模式下开关管在电感电流()为0的时候导通，当输出电压大于2倍输入电压时，开关管可实现零电压(ZVS)开通；当输出电压小于2倍一输入电压时，开关管可实现最低电压开通．导通时间丁。恒定，从而电感峰值电流包络线跟随输入电压变化．由于PFC的开关频率远大于电网频率(50Hz)，每个开关周期内可以认为i恒定不变．开关管导通时，输入电压i给电感充电，电感峰值电流图1功率因数校正芯片系统框图ILPK—T。⋯V／L，由于丁。恒定，与i成正比，电Fig．1Systemschematicof

8、powerfactorcorrectionchip感电流临界连续时，其峰值电流也为正弦波，如图1所示，即电感峰值电流跟随输入电压变化．电感电流为3角波，则平均电流为峰值电流的一半，从而实现了输入电流跟随输入电压变化，即达到功率因数校正的目的．设输入电压V。===sin(￡)，V为电压峰值．T。=dT，其中丁为开关周期，d为占空比，