電子鎮流器中功率因數校正電路的分析及應用

引言

傳統的磁性鎮流器使用工作于60Hz的鐵芯電磁元件．工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生閃爍和可聞噪聲。磁性鎮流器內部無(wú)功率因數校正(IWC)電路，而將PFC電路加入其內部也很困難，其輸入電流電壓相位不一致。含有大量的諧波分量，滿(mǎn)足不了鎮流器諧波低于照明系統諧波電流的IEC 61000—3—2C級國際標準。并且，由鎮流器產(chǎn)生的任何諧波也會(huì )對其他連接在同一電源上的電子系統造成影響。

電子鎮流器的出現向磁性鎮流器提出了挑戰。它能彌補傳統磁性鎮流器的不足，工作時(shí)不僅無(wú)閃爍和可聞噪聲，而且可以輕易地加入功率因數校正，具有良好的高功率因數(PF)和低總諧波失真(THD)特性。傳統電子鎮流器控制器由分離的控制IC、柵極驅動(dòng)IC和PFC IC構成。IR2166／IR2167是國際整流器公司推出的電子鎮流器控制器．是新一代電子鎮流器控制集成電路的代表。這二款器件采用單芯片方案．除降低系統成本，減少元件數量外，也簡(jiǎn)化了安裝，提高了可靠性，節省了設計時(shí)間，在電子鎮流器控制電路中得到了廣泛應用。

2 內部結構及引腳功能

IR2166dR2167采用DIP和SOIC2種封裝，IR2166為20引腳，IR2166為16引腳。它們具有相同的PFC控制，不同的鎮流器控制。此外，IR2167還具有欠電流保護、低于諧波點(diǎn)保護和熱過(guò)載保護等特性。IR2166的引腳排列如圖l所示。

其引腳功能如表1所列。

3 PFC功能

3．1 PFC控制方式

功率因數校正(PFC)是IR2166／IR2167的主要功能。二者具有相同的PFC控制，內部都含有1個(gè)有源功率因數校正電路。

IR2166／IR2167可以針對交流輸入電壓產(chǎn)生交流輸入電流。實(shí)現的控制方法基于工作于臨界導通模式(CCM)的升壓型變換器。如圖2所示。

即在PFCMOSFET的每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，電路一直等待到電感器電流放電到零時(shí)才再次開(kāi)通PFC MOSFET。PFCMOSFET的開(kāi)關(guān)頻率(>10kHz)遠大于電網(wǎng)頻率(50Hz一60Hz)。

開(kāi)關(guān)管MPFC開(kāi)通時(shí)，電感器LPFC接到整流輸出的正端(+)和負端(一)，LPFC電流線(xiàn)性增加。當MPFC關(guān)斷時(shí)，LPFC連接于整流輸出的正端和直流母線(xiàn)電容器Cm；(通過(guò)二極管DOFC，LPFC中電流流向CBUS。由于MPFC以高頻工作，CBUS電壓被充到特定的電壓。反饋回路通過(guò)連續檢測直流母線(xiàn)電壓和相應地調節M(mǎn)PFC的開(kāi)通時(shí)間將電壓調整到固定值。若直流電壓上升．則開(kāi)通時(shí)間減?。糁绷麟妷合陆?，則開(kāi)通時(shí)間增加。由于這個(gè)負反饋控制是低速和低增益的，因此電感器平均電流平滑地跟隨低頻電網(wǎng)電壓，從而實(shí)現高功率因數和低THD。在多個(gè)電網(wǎng)電壓周期內，MPFC的開(kāi)通時(shí)間是固定的。因為開(kāi)通時(shí)間固定，關(guān)斷時(shí)間由電感器的電流釋放到零決定，結果是系統的頻率可自由改變．并連續地從交流電壓過(guò)零附近的高頻過(guò)渡到交流電壓達到峰值時(shí)的較低頻率。

交流電壓較低(過(guò)零附近)時(shí)，電感器電流升到較小的值．放電較快，因此開(kāi)關(guān)頻率高。交流電壓較高(峰值附近)時(shí)，電感器電流升到較高的值，放電時(shí)間較長(cháng)，頻率較低。三角形PFC電感器電流被E-MI濾波器平滑而產(chǎn)生正弦交流電流。

3．2 PFC控制電路

IC內部PFC控制簡(jiǎn)化電路如圖3所示。以?xún)炔?V電壓為參考．調節VBUS實(shí)現直流母線(xiàn)電壓的調整。反饋回路是傳導可調(OTA)放大器，其灌或拉電流流向外部COMP腳的電容器。COMP腳的電壓為內部電容器Cl充電的閾值，決定MPFC的開(kāi)通時(shí)間。在鎮流器預熱和觸發(fā)期間，OTA的增益設定較高，給直流母線(xiàn)電容器快速充電，減小可能發(fā)生在觸發(fā)期間的直流母線(xiàn)電容器的瞬態(tài)沖擊。在運行期間，增益調整到較低的水平，獲得高功率因數和低THD。