Fairchild最新集成式PFC/PWM组合解决方案

Fairchild最新集成式PFC/PWM组合解决方案

电源工程师一向都在寻觅既能完成一系列电路维护功用，又能够使电源契合愈来愈严厉功率规范的简略规划办法。本文将讨论一个结合了boost功率因数校对转换器与双管正激式脉宽调控转换器的高集成度半导体解决方案，只需极少数外部元件，就能够具有多种电路维护功用与补偿功用，并契合IEC-1000-3-2规范。

PFC+PWM操控

FAN480X是由功率因数校对((PFC)和脉宽调控(PWM)两种均匀电流方法操控器组成，其间PFC级选用的开关充电式乘法器技能，能够取得较高的功率因数与较低的总谐波失真(THD)；而PWM能够挑选选用电流方法操控或是电压方法操控。PFC调控为上升沿调制，而PWM则选用下降沿调制，由于选用不同触发的调制能够下降PFC输出电容上的纹波电压。别的，FAN480X添加可编程的两段式PFC输出功用，能够进步低压输入且轻载时的体系功率。

FAN480X具有多种维护功用，包含PWM与PFC的软启动、PFC过压/欠压、逐周期电流约束、PFC输入欠压等，确保电源与后级设备不受损坏。运用者能够运用本篇所述的方程，挑选所需的要害组件。图1为FAN480X ATX的运用线路图，其间输出功率为300W(10W为待机电源)，沟通输入电压规模是75VAC~264VAC，PFC电路供给380V输出电压作为后级双管正激转换器的输入，两部分的开关频率均为65kHz。

FAN480X 的PFC部份作业在接连电流方法，能够协助下降升压电感电流的改变率，适用于较大功率的运用。增益调节器能够为电源供给较高的功率因数与较低的总谐波失真，是PFC级的中心，能够针对不同的输入电压、频率，有效值电压和PFC输出电压对电流环做出呼应，如(1)式所示.。增益调节器的功用是发生操控信号给PFC级，操控其占空比使输出电压保持安稳；VRMS平方的倒数能够为高压和低压供给安稳功率，图2与图3别离显现FAN480x的增益调节器的作业原理与运用电路。

PFC的电流回路补偿

FAN480X在PFC部份有两个操控回路，一个为电流操控回路，另一个为电压操控回路。电流操控回路会依据由IAC所发生的基准信号来操控电流。电压操控回路则安稳输出电压，保持总谐波失真的平衡。图4为一个简化的电流回路示意图，图中PWM模块部分包含了比较器、触发器和MOSFET驱动输出。电压操控电压源结合了输入电压源、整流器、MOSFET和升压二极管。电流操控回路是针对较高频的区段由L1R5乘积所发生的极点进行补偿，这样在剖析电压操控回路时就不需考虑电感特性。

电流回路的体系搬运函数能够凭借小信号剖析得出，如公式(2)所示，其间VRAMP是2.55V。

图5为电流回路的频率呼应波特图，其间GPWM_Boost是体系电流回路的开路频率呼应；GPWM_Boost_fc是功率差错放大器补偿的频率呼应；GClose是闭回路的增??。体系电流闭回路带宽是当闭回路增益为1时的穿插频率fC(crossover frequency)所决议的。运用(3)式便能够计算出体系电流闭回路增益为1时所需求的补偿增益。

电流回路补偿网络包含了代表体系没有稳态差错的原极点，一个能够添加体系闭回路的带宽与相位裕量的零点，以及一个能够下降高频下体系闭回路的搅扰的极点。穿插频率应该设定在开关频率的1/6~1/10，而把零点与极点调整到恰当的值能够安稳体系，并取得较好的瞬时呼应，所以主张将零点放在穿插频率的十分之一带宽，极点则放在穿插频率的十倍带宽。

PFC的电压回路补偿

图7为一个电压回路操控示意图，原理为经过电流源去操控电压操控回路，并对输出电容进行充放电的动作。这儿假定电流回路操控发生一电流弦波，并且对C17进行充放电而C17再供给直流电流给负载电阻。电压差错放大器操控电流的振幅，且电压回路包含了电流回路。换句话说，电压操控电流源将输入电压源、整流器、电感与二极管整合在一起，发生一个振幅与电压差错放大器输出成正比的电流弦波。

要防止添加电流波形中三次谐波的振幅并下降总谐波失真，电压闭回路带宽应该设定在10到30Hz之间。较低的带宽将会使出现在电流波形的二次谐波以及总谐波失真降到最小。运用低带宽的电压闭回路主要原由于输入电压与PFC输出电压上的纹波相位的不同；而PFC的负载决议相位的差异这是一个天然的反响。假定不衰减纹波电压，纹波电压将会成份额的进入增益调节器，且构成电流波形失真。C16的电容下降(roll-off)特性通常被运用于下降二次谐波的振幅，可是太低的电压闭回路带宽会形成瞬时呼应的问题，所以答应一些二次谐波的存在是能够被承受的。这办法有助和谐总谐波失真与瞬时呼应的需求的适度取舍，假定穿插频率是30Hz，并且零点频率为3Hz，咱们将在穿插频率处设置一个极点。运用下式便能够得到输出电容C17上的二次谐波纹波巨细。

在上式中，fline是线频率，ZC17是大电容在二次谐波下的容抗，VC17_SH是二次谐波的纹波电压，△VEA是电压差错放大器的输出规模，VVEA-H 和 VVEA-L别离是电压差错放大器的最大值与最小值。依据图7电压回路操控示意图，电压差错放大器的增益以及电阻的份额关系可由式(8)与(9)表明。

在这儿，α是总谐波失真的比率，△VEA是电压差错放大器的输出规模，GVD是分压网络增益。在二次谐波上电压差错放大器的增益由式(10)与(11)表明。

GEA_SH和ZEA_SH是差错放大器增益与二次谐波频率下的容抗，GmV是电压差错放大器的跨导。要在二次谐波频率下电压闭回路增益确保有满足的下降(roll-off)特性，C16%&&&&&%可由式(12)所决议。

图8为电压回路的频率呼应波特图，运用与电流回路相同的方法去找出R12 和 C15；式(13)定义出升压部分在穿越频率处的增益(GVL_Boost_fVC)，式(14)将式(13)转成log方法；闭环增益确保了曲线下降与横轴的相交，R12 与C15的值可由式(15)与(16)决议。