基于ZVS平均電流型PFC控制器FAN4822的500W大功率電路

出處：楊真人發(fā)布于：2007-04-29 09:49:47

西北輕工業(yè)學(xué)院于大元

空程大學(xué)電訊工程學(xué)院曹國雄

1 概述

FAN4822是快捷半導(dǎo)體公司為大功率電源應(yīng)用領(lǐng)域而專門設(shè)計的功率因數(shù)校正（PFC）控制芯片。它包含了以往用零電壓開關(guān)控制器來減少二極管恢復(fù)時間和MOSFET場效應(yīng)管開關(guān)損耗以實(shí)現(xiàn)平均電流型PFC轉(zhuǎn)換所需的全部功能。

FAN4822平均電流型PFC控制電路可提供很高的功率因數(shù)，同時它的諧波失真很小。另外，F(xiàn)AN4822控制器還具有欠壓鎖定、過壓保護(hù)、峰值電流限制和輸入節(jié)電保護(hù)等功能。

通過FAN4822中的ZVS控制電路可驅(qū)動一個由MOSFET、二極管、電感和其它元器件組成的零電壓開關(guān)電路。同時，通過這一新技術(shù)還可以減小二極管的反向恢復(fù)時間和MOSFET的開關(guān)損耗，并可限度地減小EMI電磁干擾。 FAN4822的主要特點(diǎn)如下：

具有平均電流檢測、持續(xù)推動、前沿觸發(fā)等特點(diǎn)；

具有很低的整體諧波失真和接近于理想的（98％以上）效率；

片內(nèi)ZVS開關(guān)控制器可在大功率應(yīng)用時響應(yīng)高效、快速；

可通過降壓控制方式來對平均線電壓進(jìn)行補(bǔ)償；

內(nèi)含增益調(diào)節(jié)器，可改善電路的噪聲性能，同時可提供通用的輸入操作；

內(nèi)含過電壓比較器，可有效防止輸出短路或負(fù)載開路；

具有欠壓鎖定功能，同時具有電流限制和軟啟動功能；

具有1．3％的內(nèi)部精密參考源。

2 引腳功能

FAN4822具有14腳DIP和16腳SOIC兩種封裝形式，圖1所示是其兩種封裝的引腳排列圖。各引腳的功能如下：

VEAO：電壓跨導(dǎo)型誤差放大器輸出端；
IEAO：電流跨導(dǎo)型誤差放大器輸出端；
ISENSE：器件內(nèi)部PFC限流比較器的電流檢測輸入端；
IAC：內(nèi)部PFC增益調(diào)節(jié)器參考輸入；
VRMS：線性電壓補(bǔ)償輸入端；
RTCT：用于連接內(nèi)部振蕩器；
ZVSENSE：內(nèi)部高速零電壓交叉比較器的輸入端；
GND：模擬信號接地端；
PWRGND：PFC和ZVS驅(qū)動輸出轉(zhuǎn)換控制端；
ZVSOUT：ZVSMOSFET驅(qū)動輸出；
PFCOUT：PFCMOSFET驅(qū)動輸出；
VCC：電源端；
REF：內(nèi)部7．5V電壓參考緩沖輸出；
FB：電壓跨導(dǎo)型誤差放大器輸入端。

3 結(jié)構(gòu)原理

通常情況下，輸入電壓范圍寬的PFC升壓型轉(zhuǎn)換器由于其開關(guān)損耗的增加，往往要損失很大的輸出功率。而使用零電壓開關(guān)（ZVS）技術(shù)則可大大減少功率MOSFET的開關(guān)損耗，從而較大地改善大功率PFC電路的工作效率。因此，設(shè)計時可以再用一個較小的MOSFET和一個電感儲能元件來完成ZVS功能，以將PFC的MOSFET管的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)換成有效的輸出功率。

FAN4822的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示。該器件的基本功能是提供功率因數(shù)校正，可對連續(xù)平均電流模式進(jìn)行控制的直流總線電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。與Micro Linear公司的PFC／PWM系列控制器件一樣，F(xiàn)AN4822也使用上升沿脈沖寬度調(diào)制的方法來減少系統(tǒng)的噪聲并使頻率同步到PWM中的一個下降沿，以實(shí)現(xiàn)盡可能高的直流總線電壓寬度。但是，F(xiàn)AN4822與Micro Linear公司的此類器件所不同的是：FAN4822將ZVS FET開關(guān)的控制電路集成到了FAN4822芯片之內(nèi)，因此，F(xiàn)AN4822所控制的開關(guān)損耗可以達(dá)到。

4 應(yīng)用電路

4．1 典型應(yīng)用電路

圖3是一個通過FAN4822來實(shí)現(xiàn)大功率PFC電路的輸出和控制部分電路的簡單示意圖。圖中， Q1為用于PFC的主開關(guān)MOSFET管，而Q2則用來實(shí)現(xiàn)ZVS功能。對于每一個工作周期，Q2都在Q1之前導(dǎo)通，這樣，電流將從L1流向L2，從而使L2中的電流增加，直到與流過L1的電流相等，把這一時刻定為t2。

當(dāng)L1中的電流和L2中的電流相等后，L1將停止為L2再注入電流，此時L2中所聚集的電荷將流向Q2。也就是說，從t2時刻開始，Q1上的電壓將開始下降，Q2上的電壓上升，直到t3時刻，Q1上的電壓降到其點(diǎn)而使Q2關(guān)斷并使Q1導(dǎo)通。這樣，對于儲能電感L1來說，Q1實(shí)際上就起到了一個普通PFC開關(guān)的作用。然而，需要說明的是：在Q1關(guān)斷期間，儲存在L2中的能量將通過D2完全地注入到儲能電容C1之中，從而達(dá)到零電壓開關(guān)（ZVS）補(bǔ)償?shù)哪康?。圖4所示是該電路的有關(guān)波形。

4．2 基于FAN4822的500WPFC電路

圖5是由FAN4822組成的一個500W的零電壓開關(guān)PFC電源電路。該電路能夠輸出400V的直流和開關(guān)電壓。電路設(shè)計中增加了一個TC4427放大器作為Q1的前級推動，以進(jìn)一步增大Q1的輸出功率。L2的電感值選擇與負(fù)載的總線電壓VBUS、FAN4822的VRMS端的補(bǔ)償輸入電壓值VRMS（MIN）、電路的輸出功率POUT以及FAN4822的開關(guān)時間參數(shù)有關(guān)。本電路中L2的電感值選擇8．5mH，C1則選擇330μF／450V的電容器。其余各主要元件的參數(shù)和選擇可參考圖5來設(shè)計。有興趣者也可參考有關(guān)資料［1］。

參考文獻(xiàn):

[1]. PFC datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/PFC_1200255.html.
[2]. FAN4822 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/FAN4822_320993.html.
[3]. SOIC datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/SOIC_1182477.html.
[4]. TC4427 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/TC4427_1100973.html.

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