NCP1650型功率因數校正器的應用及電路設計

摘要：首先介紹了NCP1650型功率因數校正集成電路的典型應用，然后重點(diǎn)闡述其電路設計及外部功能擴展方法。關(guān)鍵詞：功率因數校正器；應用；電路設計；擴展Application andCircuitDesignofNCP1650PowerFactorCorrectorSHAZhanyou,WANGYan peng,WANGXiaojunAbstract:AtfirstthetypicalapplicationofNCP1650type powerfactorcorrectionICisintrodued.Thenitscircuitdesignandtheexternal functionexpansionmethodareexplainedindetail.Keywords:Powerfactorcorrector； Application；Circuitdesign；Expansion中圖分類(lèi)號：TN86文獻標識碼：A文章編號：0219－2713(2002)10－0547－03

1典型應用電路

NCP1650可構成100W～1kW的功率因數校正器，其外圍電路簡(jiǎn)單而性能優(yōu)良，功率因數可達0.95～0.99。

NCP1650型功率因數校正器的典型應用電路如圖1所示，該電路的輸入交流電壓u=85～265V，最大輸入功率PIM=1053W，最大輸出功率POM=1000W，額定直流輸出電壓UO=＋400V，功率因數λ=0.95。啟動(dòng)限幅器可任選一種箝位保護電路。u經(jīng)過(guò)橋式整流后分作兩路，一路通過(guò)電阻分壓器R4和R5，給ACIN端提供全波整流電壓u1；另一路作為線(xiàn)電壓uL，接啟動(dòng)限幅器，再經(jīng)過(guò)電感器L和整流濾波電路，輸出直流電壓UO。UO又經(jīng)過(guò)R9、R10分壓后，給FB／SD端提供反饋電壓UFB。利用下式可以計算輸出電壓的額定值UO=（1＋）UFB（1）已知UFB=4.0V，取R9=360kΩ、R10=3.6kΩ時(shí)，利用式（1）計算出，UO≈400V。要求UO的額定值必須大于最高交流電壓的峰值，即UO>umax。當u=

umax=265V時(shí)，其峰值電壓umax≈375V。由于UO>375V，因此可保證在規定輸入交流電壓范圍內對功率因數的校正。
R1和C3為直流誤差放大器的頻率補償網(wǎng)絡(luò )。R2、C4構成功率誤差放大器的頻率補償網(wǎng)絡(luò )。R3用于限制最大輸入功率PIM值。C5為腳9的濾波電容，可濾除紋波。C6與C7分別為AC IN端、ACREF端的濾波電容。R6和C8為交流誤差放大器的頻率補償網(wǎng)絡(luò )，C8還兼作軟啟動(dòng)電容。R7是鋸齒波補償電阻。C9為振蕩器的定時(shí)電容。R8和C11分別是電流檢測放大器的電流定標電阻、濾波電容。RS為檢測線(xiàn)電流及電感器瞬態(tài)感應電流的取樣電阻。

圖1中的電感器L亦可改成高頻變壓器，將二次繞組電壓進(jìn)行整流濾波后，可為NCP1650提供電源電壓UCC，其典型值為14V。

2功率因數校正器的電路設計

下面就以圖1所示的電路為例，介紹功率因數校正器的電路設計?，F規定設計指標如下：umin=85V，umax=265V，f=100kHz，UO=400V，最大輸出功率POM=1kW。要求開(kāi)關(guān)紋波電流與線(xiàn)電流的百分比為30％。

2.1計算電感器L

計算公式為L(cháng)=·（2）

利用式（2）不難算出，當u=umin=85V時(shí)，L=84μH。當u=umax=265V時(shí)，L=176μH。應根據實(shí)際電壓范圍來(lái)確定合適的電感量。

盡管L的電感量很小，但所通過(guò)的線(xiàn)電流很大。最大峰值線(xiàn)電流由下式?jīng)Q定iL(max)=（ 3）

最大峰值電流出現在低壓供電（u=umin）和滿(mǎn)負荷的情況下。此時(shí)iL(max)=16.6A，電感器中的有效值電流為11.8A。這些數據可供選擇電感器線(xiàn)徑時(shí)參考。

2.2計算交流分壓器最大線(xiàn)電壓的峰值為uL=umax，uL經(jīng)過(guò)R4、R5分壓后得到u1，加至腳5上。令交流分壓比為kac，有關(guān)系式u1(max)=kacuL=·umax=3.75(V)（4）

R5、R4采用0.5W的金屬膜電阻，實(shí)際功率可按0.25W進(jìn)行估算，即PR4=〔umax－u1(max)〕 2／R4

=(375－3.75）2／R4=0.25W

從中解出R4=551kΩ，實(shí)選560kΩ標稱(chēng)電阻。再把R4代入式（4）中求出，R5=5.6kΩ。

2.3計算線(xiàn)電流檢測電阻RS

計算公式為RS=0.25（5）

式中：tON——MOSFET的導通時(shí)間，已知開(kāi)關(guān)周期T=1／f=10μs，利用下式可計算tON=T（ 6）

η——電源效率（％）。

2.4計算鋸齒波補償電阻R7

為降低分布電感量，R7應采用非線(xiàn)繞電阻。其電阻值由下式確定R7=（7）

2.5確定電流定標電阻R8及濾波電容C11

電阻R8能限制輸入到交流誤差放大器的最大平均值電流，使之在低電壓、滿(mǎn)負荷情況下仍低于4.5V。設PFC的額定輸入功率為PI，計算R8的公式為R8=（8）

C11為電流檢測放大器的濾波電容，該濾波器的極點(diǎn)頻率由下式確定：

f1=10.5／C11（9）

式中：C11的單位是nF，f1的單位是kHz。當開(kāi)關(guān)頻率為100kHz，電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，可選f1=10kHz。代入式（9）中計算出，C11=1nF。

2.6設定最大輸入功率PIM

PFC的最大輸入功率由R3來(lái)設定，二者存在下述關(guān)系式PIM=（10）

式中：US為功率誤差放大器的參考電壓，US=

2.5V。

2.7計算交流誤差放大器頻率補償元件R6和C8

交流誤差放大器的跨導gm=100μS（S為西門(mén)子），由R6、C8組成的串聯(lián)電路就相當于負載。計算R6、C8的公式分別為R6=(11)C8=(12)

3外部功能擴展方法

3.1掉電控制電路

外部掉電控制電路如圖2所示。新增加的元器件包括晶體管VT、電阻R11和R12。UK為控制電壓。該電路的工作特點(diǎn)是當UK=0V時(shí)，VT截止，功率因數校正器能正常工作。當UK=5V時(shí)，VT導通，就將FB／SD端拉成0V，強迫芯片進(jìn)入掉電保護狀態(tài)。圖中的VT采用2N3904型 NPN管，亦可用JE9013來(lái)代替。

3.2附加軟啟動(dòng)電路

圖1所示電路的軟啟動(dòng)時(shí)間僅為560μs。若需增加軟啟動(dòng)時(shí)間，可按圖3給出的電路進(jìn)行設計。新增加的元器件包括JE9015型PNP晶體管VT、軟啟動(dòng)電容C12、1N4148型高速開(kāi)關(guān)二極管VD和電阻R13。此時(shí)可忽略R6、C8的作用。剛上電時(shí)，由于C12兩端電壓不能突變，使得UA=0V，VT導通，經(jīng)過(guò)ACCOMP引腳把交流誤差電壓拉成0V，PFC無(wú)電流輸出。此后，6.5V基準電壓就經(jīng)過(guò)R13對C12進(jìn)行充電，使UA不斷升高，電路就逐漸轉入正常輸出狀態(tài)。VD的作用是在斷電后為C12上存儲的電荷提供泄放回路，確保再次開(kāi)機時(shí)還能實(shí)現軟啟動(dòng)功能。