MC34262系列PFC控制芯片的應用研究摘要:介紹了MC34262系列PFC控制芯片的性能和特點,著重研究在APFC應用中如何進行電路元件參數的設計,同時分析了在實驗中易出現故障的解決方案。 1引言 傳統的從220V交流電網通過非控整流獲取直流電壓,在電力電子技術及電子儀器儀表中獲得了廣泛的應用。但這種非控整流使得輸入電流波形發生嚴重畸變,并呈脈沖狀。這樣,一方面對電網造成嚴重污染,干擾其他電子設備的正常工作;另一方面大大降低了輸入電路的功率因數,如在中、大型非控整流設備中,輸入電路的功率因數大致在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。 提高功率因數的方法概括為兩大類型:一類是無源功率因數校正法,它主要是通過電路設計來擴大輸入電流的導通角;也可以采用高頻補償的方法來提高輸入電流的導通角;另一類是有源功率因數校正法,它是通過在電網和電源裝置之間串聯插入功率因數校正裝置,其中單相BOOST電路因具有效率高、電路簡單、成本低等優點而得到廣泛應用,并稱之為有源功率因數校正(APFC)電路。在有源功率因數校正控制芯片中,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公司生產的一種新型高性能、零電流控制模式的功率因數校正控制芯片MC34262(MC33262),同時分析它在功率因素校正電路應用中的設計要點及實驗結果。 圖1MC34262系列PFC控制芯片內部結構框圖 圖2有源功率因數校正電路框圖 圖3電流控制波形圖 圖4MC34262系列控制芯片在APFC中的實際應用 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,內部含有自起動定時器、正交倍增器、零電流檢測器、圖騰柱驅動輸出(0.5A)以及過壓、欠壓和過流等保護電路,具體內部結構框圖見圖1。 MC34262系列PFC控制芯片的最大特點是采用零電流導通模式控制,圖2所示即為采用MC34262系列PFC控制芯片構成的有源功率因數校正電路框圖。 圖中,開關Q1的通、斷受控于MC34262中零電流檢測器,當零電流檢測器中的電流降為零時(即續流二極管D1中的電流降為零時),Q1導通,此時電感L開始儲能,電流控制波形見圖3所示。這種零電流控制模式的突出優點是: (1)由于儲能電感中的電流為零時,Q1才能導通,這樣就大大減小了開關的應力和損耗,同時對二極管的恢復時間沒有嚴格的要求,因此選用普通的快恢復二極管即可滿足設計要求;另一方面免除了由于二極管恢復時間過長引起的開關管損耗,也就大大增加了開關管的可靠性。 (2)由于開關管的驅動脈沖間無死區,所以輸入電流是連續的并呈正弦波,這樣大大提高了系統的功率因數。 另外,由MC34262系列有源功率因數校正控制器構成的功率因數校正電路結構簡單,外圍電路元器件少,這就大大縮小了電路的體積,降低了系統的成本,提高了系統的可靠性。 3MC34262系列PFC控制芯片應用在APFC電路中的設計要點 MC34262系列PFC控制芯片在APFC電路中的實際應用電路如圖4所示,該系統的主要技術要求為: (1)輸入電網電壓范圍AC90V~265V (2)輸出直流電壓DC400V (3)輸出功率500W 根據上述要求,先計算出APFC電路的主要元件參數。 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)——最低的電網輸入電壓90V 則:ILP=≈17A(2) 考慮到開關管的耐壓應降額75%使用,若升壓變換器的輸出電壓為400V,則應選用耐壓至少為500V的開關管,電流的選取應大于峰值電感電流。 32電感LL=T(3) 式中:T——開關脈沖周期。當輸入電網電壓的范圍為:AC90V~265V時,T的取值為40μs。此時:L=≈200μH(4) 33R1及R2的計算 VO≈Vref(5) 式中:Vref——芯片內部提供的基準電壓,取值為2.5V,根據式(5):(6) 令R2=1.8MΩ,則R1=11kΩ 34過流電阻R7的計算 當輸入電網電壓的范圍為AC90V~265V時,令電流取樣電壓VCS=1V且必須小于1.4V,此時: VCS=R7ILP(7) 則(8) 取R7=0.062Ω/3W 35R3及R5的計算 令倍增器的輸入電壓VM=3V 則:(9) 式中VAC(H)——電網的最高輸入電壓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和過流保護電路易受干擾。 不易起動的原因是:由于誤差放大器具有高輸出阻抗特性,易受外界干擾。在控制系統正常工作時,2腳上的電壓接近于倍增器的閾值電壓(約為2V)。若超過2V,則自動切斷輸出驅動信號。所以為確保系統可靠工作,在2腳和6腳之間接入一個容量較小的補償電容。 過流保護電路易受干擾的原因是:由于過流保護取樣電阻R7上有較強的干擾電流流過時,過流比較器易觸發翻轉,造成誤觸發。為克服過流比較器的誤動作,可在R7與4腳之間增加RC濾波電路,通常RC濾波電路的時間常數取為200ms。 5結語 本實驗樣機采用MC34262PFC控制芯片設計了一個500W的功率因數校正電路,由于系統采用零電流控制模式,故大大減小了開關的應力和損耗,同時對續流二極管的選取也沒有嚴格的要求。此外,該系統電路結構簡單,體積小,工作穩定可靠,在中功率APFC電路中有著廣泛的應用前景。 |
MC34262系列PFC控制芯片的應用研究
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