南昌航空工業(yè)學(xué)院電子系 趙珂   蘇達(dá)義（南昌330034）

摘要：介紹了MC34262系列PFC控制芯片的性能和特點(diǎn),著重研究在APFC應(yīng)用中如何進(jìn)行電路元件參數(shù)的設(shè)計(jì),同時(shí)分析了在實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)故障的解決方案。

1引言

　　傳統(tǒng)的從220V交流電網(wǎng)通過非控整流獲取直流電壓,在電力電子技術(shù)及電子儀器儀表中獲得了廣泛的應(yīng)用。但這種非控整流使得輸入電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變,并呈脈沖狀。這樣,一方面對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染,干擾其他電子設(shè)備的正常工作;另一方面大大降低了輸入電路的功率因數(shù),如在中、大型非控整流設(shè)備中,輸入電路的功率因數(shù)大致在0.5～0.7左右,有的甚至更低。因此,必須采取有效的技術(shù)措施來減少輸入電流波形的畸變,提高輸入電路的功率因數(shù)。

　　提高功率因數(shù)的方法概括為兩大類型：一類是無源功率因數(shù)校正法,它主要是通過電路設(shè)計(jì)來擴(kuò)大輸入電流的導(dǎo)通角;也可以采用高頻補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣咻斎腚娏鞯膶?dǎo)通角;另一類是有源功率因數(shù)校正法,它是通過在電網(wǎng)和電源裝置之間串聯(lián)插入功率因數(shù)校正裝置,其中單相BOOST電路因具有效率高、電路簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用,并稱之為有源功率因數(shù)校正（APFC）電路。在有源功率因數(shù)校正控制芯片中,其種類繁多,有峰值電流控制法、平均值電流控制法等。本文著重討論MOTOROLA公司生產(chǎn)的一種新型高性能、零電流控制模式的功率因數(shù)校正控制芯片MC34262（MC33262）,同時(shí)分析它在功率因素校正電路應(yīng)用中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖1MC34262系列PFC控制芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

圖2有源功率因數(shù)校正電路框圖

圖3電流控制波形圖

圖4MC34262系列控制芯片在APFC中的實(shí)際應(yīng)用

　　MC34262系列PFC控制芯片為8腳雙列直插塑封（亦有表面貼裝封裝）器件,內(nèi)部含有自起動(dòng)定時(shí)器、正交倍增器、零電流檢測器、圖騰柱驅(qū)動(dòng)輸出（0.5A）以及過壓、欠壓和過流等保護(hù)電路,具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

　　MC34262系列PFC控制芯片的最大特點(diǎn)是采用零電流導(dǎo)通模式控制,圖2所示即為采用MC34262系列PFC控制芯片構(gòu)成的有源功率因數(shù)校正電路框圖。

　　圖中,開關(guān)Q1的通、斷受控于MC34262中零電流檢測器,當(dāng)零電流檢測器中的電流降為零時(shí)（即續(xù)流二極管D1中的電流降為零時(shí)）,Q1導(dǎo)通,此時(shí)電感L開始儲(chǔ)能,電流控制波形見圖3所示。這種零電流控制模式的突出優(yōu)點(diǎn)是：

　　（1）由于儲(chǔ)能電感中的電流為零時(shí),Q1才能導(dǎo)通,這樣就大大減小了開關(guān)的應(yīng)力和損耗,同時(shí)對(duì)二極管的恢復(fù)時(shí)間沒有嚴(yán)格的要求,因此選用普通的快恢復(fù)二極管即可滿足設(shè)計(jì)要求;另一方面免除了由于二極管恢復(fù)時(shí)間過長引起的開關(guān)管損耗,也就大大增加了開關(guān)管的可靠性。

　?。?）由于開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖間無死區(qū),所以輸入電流是連續(xù)的并呈正弦波,這樣大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。

　　另外,由MC34262系列有源功率因數(shù)校正控制器構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)簡單,外圍電路元器件少,這就大大縮小了電路的體積,降低了系統(tǒng)的成本,提高了系統(tǒng)的可靠性。

3MC34262系列PFC控制芯片應(yīng)用在APFC電路中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)　　MC34262系列PFC控制芯片在APFC電路中的實(shí)際應(yīng)用電路如圖4所示,該系統(tǒng)的主要技術(shù)要求為：

　?。?）輸入電網(wǎng)電壓范圍AC90V～265V

　　（2）輸出直流電壓DC400V

　?。?）輸出功率500W

　　根據(jù)上述要求,先計(jì)算出APFC電路的主要元件參數(shù)。

31電感L中的峰值電流ILPILP=(1)　　式中PO——要求的輸出功率500W

　　η——變換器的效率取0.92

　　VAC（L）——最低的電網(wǎng)輸入電壓90V

　　則：ILP=≈17A（2）

　　考慮到開關(guān)管的耐壓應(yīng)降額75％使用,若升壓變換器的輸出電壓為400V,則應(yīng)選用耐壓至少為500V的開關(guān)管,電流的選取應(yīng)大于峰值電感電流。

32電感LL=T(3)

　　式中：T——開關(guān)脈沖周期。當(dāng)輸入電網(wǎng)電壓的范圍為：AC90V～265V時(shí),T的取值為40μs。此時(shí)：L=≈200μH(4)

33R1及R2的計(jì)算　　VO≈Vref(5)

　　式中：Vref——芯片內(nèi)部提供的基準(zhǔn)電壓,取值為2.5V,根據(jù)式（5）：（6）

　　令R2=1.8MΩ,則R1=11kΩ

34過流電阻R7的計(jì)算

　　當(dāng)輸入電網(wǎng)電壓的范圍為AC90V～265V時(shí),令電流取樣電壓VCS=1V且必須小于1.4V,此時(shí)：

　　VCS=R7ILP（7）　　則(8)

　　取R7=0.062Ω/3W

35R3及R5的計(jì)算

　　令倍增器的輸入電壓VM=3V　　則：(9)

　　式中VAC（H）——電網(wǎng)的最高輸入電壓265V

　　由式（9）：(10)

　　令R5=1.2MΩ,則R3=10kΩ

4MC34262系列PFC控制芯片在APFC電路中易出現(xiàn)的故障與處理

　　MC34262系列PFC控制芯片在APFC電路中最常見的故障是不易起動(dòng)和過流保護(hù)電路易受干擾。

　　不易起動(dòng)的原因是：由于誤差放大器具有高輸出阻抗特性,易受外界干擾。在控制系統(tǒng)正常工作時(shí),2腳上的電壓接近于倍增器的閾值電壓（約為2V）。若超過2V,則自動(dòng)切斷輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所以為確保系統(tǒng)可靠工作,在2腳和6腳之間接入一個(gè)容量較小的補(bǔ)償電容。

　　過流保護(hù)電路易受干擾的原因是：由于過流保護(hù)取樣電阻R7上有較強(qiáng)的干擾電流流過時(shí),過流比較器易觸發(fā)翻轉(zhuǎn),造成誤觸發(fā)。為克服過流比較器的誤動(dòng)作,可在R7與4腳之間增加RC濾波電路,通常RC濾波電路的時(shí)間常數(shù)取為200ms。

5結(jié)語

　　本實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用MC34262PFC控制芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)500W的功率因數(shù)校正電路,由于系統(tǒng)采用零電流控制模式,故大大減小了開關(guān)的應(yīng)力和損耗,同時(shí)對(duì)續(xù)流二極管的選取也沒有嚴(yán)格的要求。此外,該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單,體積小,工作穩(wěn)定可靠,在中功率APFC電路中有著廣泛的應(yīng)用前景。