一种新颖的逐周期PFC电路设计

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引言

为了提高开关电源效率、减少电网污染,功率因数校正技术日益成为电源设计领域中的研究热点。目前常见的功率因数校正电路可以分为两类——带有乘法器的PFC和不带乘法器的PFC。不带乘法器的PFC电路采用的是逐周期控制技术,在一个周期内,利用过流检测信号与反馈回来的输出电压同时控制开关管。与基于乘法器的系统相比较而言,不带乘法器的PFC系统不需要AC输入检测技术,结构紧凑,校正电流波形(以保证高功率因数)所需要的信息全部来自DC总线电压和回路电流。

本文以不带乘法器、工作在临界电流控制模式的Boost PFC电路为例,介绍逐周期PFC电路的工作原理,针对逐周期PFC电路的不稳定问题,提出相应的改善设计方法。

逐周期PFC电路的基本原理


逐周期PFC电路内部不含乘法器,为了强制输入电流跟随输入电压的波形变化,完成功率因数校正功能,在一个周期内,同时利用误差控制信号、过流检测信号和过零检测信号来控制开关管的导通和关断。初始时刻,流过外接电感的电流为零,通过过零检测信号将开关管打开,电源电压对电感充电,电感电流上升;输出电压反馈信号经过误差放大器后与内部锯齿波比较,得到一定占空比的PWM波。该PWM信号与过流检测信号相与,控制开关管的关断。此时,如果外接电感电流超过限流值,过零检测信号跳变为低,关断开关管;否则,开关管由输出电压反馈信号控制。因为开关频率相对于电网电压频率非常高,所以在一个周期内可以认为反馈电压为常数,由此可以得到固定占空比的PWM信号,开关管达到最大导通时间后关断。开关管关断,电感电流下降,直到为零,再通过过零检测信号触发下一个导通周期。

逐周期技术能显著提高电源的性能,具有良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应;固有的逐个脉冲电流限制,简化了过载和短路保护;消除了输出滤波电感带来的极点,使电源系统由二阶降为一阶,系统不存在有条件的环路稳定性问题。但是,当PFC电路的开关占空比大于50%时,扰动信号产生的误差被逐渐放大,将导致系统的不稳定,使电源的抗干扰性能变差,另外,输出轻载或空载时,也会导致电源失控。本文提出了多矢量误差运放、斜坡补偿电路、动态调节电路以及定时自启动电路来提高逐周期PFC电路的性能。
控制信号产生电路

为了抑止扰动信号对电感电流的影响,可以控制开关管的占空比小于50%。本文采用多矢量误差放大器来获得精确的最高输出电压嵌位,同时,设定锯齿波的斜率,两者比较后可以限定PWM波的最大占空比,从而提高系统的稳定性。由于感应电流或噪声信号会引起显著的脉冲宽变效应,因此,还必须增加斜坡补偿电路来消除这些失真现象。

本文更多内容,请参阅http://www.epc.com.cn/pdfdown.php?source=2013.10.pdf

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