NCP1601型功率因數(shù)校正控制器的原理及應(yīng)用
出處:tznhzj 發(fā)布于:2007-04-03 20:06:43
NCP1601型功率因數(shù)校正控制器的原理及應(yīng)用
摘要:NCP1601型功率因數(shù)校正控制器可工作在不連續(xù)信號模式(DCM)和臨界傳導(dǎo)模式(CRM)二種工作模式下。文中介紹NCP1601的結(jié)構(gòu)和特點,詳細(xì)敘述其工作原理并給出一種典型應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞:功率因數(shù)校正控制器 DCM/CRM 原理 集成電路
1 概述
安森美半導(dǎo)體公司推出的NCP1601型功率因數(shù)校正(PFC)控制器能不連續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)和臨界傳導(dǎo)模式(CRM或BCM)下工作,它兼有二種工作模式的優(yōu)點。因固定頻率DCM可限制開關(guān)頻率,從而限制污染系統(tǒng)環(huán)境的傳導(dǎo)輻射和EMI噪聲。而不定頻率CRM則可限制升壓MOSFET、二極管和電感器的電流,以降低成本,提高電路的可靠性。NCP1601結(jié)合DCM與CRM的優(yōu)點及高安全性保護特征,適合于電子鎮(zhèn)流器,AC適配器、TV與臨視器等中低功率電源PFC預(yù)調(diào)節(jié)器應(yīng)用。
可在DCM和CRM下工作是NCP1601的主要創(chuàng)新點。NCP1601的其他特點如下:
·在電壓工作模式下能提供簡單的電壓模式反饋;
·啟動電流(典型值為17μA)和關(guān)閉電流(典型值為24μA)低;
·DCM開關(guān)頻率可編程;
·可同步模式工作(OSC腳可以接收外部數(shù)字信號);
·具有保護(OVO)功能,其門限電平是PFC級輸出電壓正常值的107%;
·通過其欠保護(UVP)功能可在輸出電壓降至正常調(diào)節(jié)電平的92%以下時,自動關(guān)閉;
·具有可編程過電流保護(OCP);
·過熱關(guān)閉(OTSD)功能可在結(jié)溫超過140℃時截止IC并當(dāng)結(jié)溫降至95℃以下時使器件恢復(fù)工作;
·滿足IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的輸入電流諧波限制要求。
MCP1601有NCP1601A和NCP1601B二種型號,二者的Vcc欠壓鎖定(UVLO)滯后電壓不同。NCP1601A的UVLO帶4.75V的滯后,而NCP1601B的UVLO滯后則是1.5V。
2 基本結(jié)構(gòu)及引腳排列
NCP1601采用8引腳PDIP和8引腳SO封裝(結(jié)溫范圍為-40℃~+125℃),引腳排列如圖1所示。
各引腳的功能如下:
腳1(FB):反饋/關(guān)閉腳。該腳可接收正比于PFC電路輸出電壓的反饋電流IFH。IFB大地內(nèi)部參考電流Iref(典型值是200μA)的107%時,OVP被激活,腳Drv上的驅(qū)動輸出截止;而當(dāng)IFB<0.08Iref時,器件進入低功耗關(guān)閉模式。
腳2(Vcontrol):控制端。該腳上電壓用于直接控制輸入阻抗和電路功率因素。該腳外部電容器限制電壓Vcontrol的帶寬。為獲得功率因數(shù)校正,控制電壓的帶寬應(yīng)低于20Hz。該腳外部電容Control的典型值是0.1μF。
腳3(Ramp):連接在該腳外部的電容器Cramp可用于設(shè)置斜坡信號,該電容器直接影響PFC電路的輸入阻抗和輸入功率。
腳4(CS):電流感測腳。該腳可提供一個用于OCP和零電流檢測(ZCD)的電流Is,該Is取決于升壓電感電流和該腳上的失調(diào)電壓。當(dāng)Is>200μA時,執(zhí)行OCP,IC驅(qū)動輸出截止;當(dāng)Is<14μA時,執(zhí)行OCP,IC驅(qū)動輸出截止;當(dāng)Is<14μA時,電路檢測零電流。
腳5(Osc):振蕩/同步端。在振蕩模式,該腳外部連接一個電容器Cosc,可設(shè)置DCM的振蕩器頻率。在同步模式,該腳接外部驅(qū)動信號。在進行DCM操作時,驅(qū)動輸出正沿被同步到外部的負(fù)沿上。在開關(guān)周期結(jié)束時,如果電感電流不是零,輸出驅(qū)動將不允許導(dǎo)通而禁止連續(xù)傳導(dǎo)模式(CCM)工作,以使其工作在CRM模式。
腳6(GND):IC地。
腳7(Drv):用于外部MOSFET的驅(qū)動輸出。
腳8(Vcc):電源電壓,工作范圍為9~18V。NCP1601A的啟動門限是13.75V,而NCP1601B的啟動門限是10.5V,二種器件的關(guān)閉門限Voc(off)均為9V。
3 NCP1601的DCM和CRM工作原理
PFC升壓變換器的電感電流導(dǎo)通方式可分為3種類型,即連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)、不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM2)和臨界電模式(CRM或BCM-Boundary Conduction Mode)。其中CCM適用于300~3000W較大功率的PFC,該電路的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜;而DCM和CRM則適用于75~300W的中低功率PFC,其電路結(jié)構(gòu)相對比較簡單。
CCM工作除了AC正弦電壓跨零外,在任何時刻,升壓電感電流都不為零。這種固定頻率平均電流模式CCM控制方案的開關(guān)周期保持不變,但占空比是變化的。NCP1601的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部元件連接如圖2所示。
CRM的特別是開關(guān)頻率變化,且在正弦電壓過零時頻率,在正弦電壓峰值處的開關(guān)頻率。一旦升壓電感器中的電流除為零,新的開關(guān)周期便接著開始而不存在電流死區(qū)。CRM的缺點是在正弦波過零附過的開關(guān)頻率相當(dāng)高,EMI比較嚴(yán)重。這使是可限制電流應(yīng)力并可以用小尺寸和廉價的MOSFET升壓二極管和升壓電感器。
DCM的特點是開關(guān)頻率固定,且在二個開關(guān)周期之間的電感電流存在死區(qū)。其主要優(yōu)點是能夠限制開關(guān)頻率,使前端EMI濾波器設(shè)計簡單化。但是,在同樣的平均輸入電流下,DCM需要較高的峰值電感電流,因而需要選用放大的功率器件。
創(chuàng)新的NCP1601B型PFC控制器可在CRM和DCM二種模式下工作,并且不會引起功率因數(shù)退化,其電流波形如圖3所示。
4 典型應(yīng)用電路及測試數(shù)據(jù)
基于NCP1601B的130W PFC升壓預(yù)調(diào)節(jié)器電路如圖4所示。該PFC升壓變換器的AC輸入電壓可從90Vac到260Vac。在230Vac的輸入電壓下,其輸出電壓Vout=391V,功率因數(shù)(PF)為0.973,總電流諧波失真THD=9%,效率η=96.4%。在輸入Vin=90~180Vac時,PF≥0.99,THD≤6%,可達到超低THD水平。表1所列是90~250Vac輸入電壓下的測試結(jié)果。
5 結(jié)束語
NCP1601可在CRM和DCM下工作并具有二種模式的優(yōu)點。它在AC線路輸入電壓過零附近采用DCM控制方案,此時由于對開關(guān)頻率進行了限制,因此易地解決EMI問題。而在正弦波峰值附近,為避免較大的峰值電感電流,電路則采用CRM控制方法,這樣可以使用較小的電感器、MOSFET和升壓二極管,從而不僅降低了成本,而且提高了系統(tǒng)的可靠性。NCP1601在DCM和CRM下工作并不會起功率因數(shù)下降,因而是一種創(chuàng)新的控制方案。
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