臨界導電交錯模式PFC控制R2A20112原理及應用

　　1 引言

　　對于高于25 W照明產(chǎn)品和高于75 W具有開(kāi)關(guān)電源的電子設備功率因數校正(PFC)已成為一項強制性要求。PFC有多種分類(lèi)方法，根據PFC升壓變換器電感器電流流動(dòng)方式，主要分為連續導電模式(CCM)和臨界導電模式。CCM-PFC可實(shí)現高達0.995的功率因數和低于5％的總電流諧波失真(THD)，但電路拓撲復雜，成本較高，而臨界導電模式亦稱(chēng)轉換模式(TM)，其優(yōu)點(diǎn)是電路拓撲簡(jiǎn)單，但不能達到超低THD，而且電磁干擾(EMI)較大。Re-nesas公司最近推出的R2A20112單片IC，是一款采用交錯方法的臨界模式PFC控制器?；赗2A20112的臨界模式交錯雙相PFC升壓變換器，可縮減輸入／輸出電容及EMI濾波器元件尺寸，提高輕載條件下的效率，使電子照明產(chǎn)品和數字電視、PC及人門(mén)級(entry level)服務(wù)器等消費類(lèi)應用產(chǎn)品IEC1000-3-2、EN61000-3-2標準和能源之星(Energy Star)等規范要求。

　　2 引腳功能及主要特點(diǎn)

　　R2A20112采用16引腳SOP和16引腳DILP無(wú)鉛封裝，引腳排列如圖1所示。

 　　R2A20112各個(gè)引腳功能見(jiàn)表1所列。
 

　　R2A20112的主要電氣特性如下：最大允許電源電壓Vcc(max):24 V；參考輸出電壓VREF：5 V(1±3％)；欠電壓鎖定(UVLO)啟動(dòng)電壓VH:10.5 V±0.7 V；UVLO工作關(guān)閉電壓：VL:9.3 V±0.5 V；UVLO滯后電壓VYSUVL:1.2 V+0.5 V。
　　R2A20112的主要功能如下：升壓變器換控制帶臨界導電模式；交錯控制；過(guò)電壓保護：模式1：動(dòng)態(tài)過(guò)電壓保護對應于負載變化引起的電壓上升；模式2：靜態(tài)OVP對應穩壓豐的過(guò)電壓；反饋環(huán)路開(kāi)路檢測；主／從變換器獨立過(guò)電流保護(OCP)；280μs的重新啟動(dòng)定時(shí)器。

　　3 工作原理

　　R2A20112的內部功能框圖如圖2所示。交錯臨界PFC控制器含有主從2個(gè)零電流檢測器(ZCD-M／ZCD-S)和2個(gè)MOSFET驅動(dòng)器(GD-M／GD-S)。與常規臨界模式PFC控制器不同的是，R2A20112不僅含有乘法器，而且帶有振蕩器，因而具有CCM-PFC的某些特性。

　　臨界導電PFC升壓拓撲圖如圖3(a)所示。圖3(b)所示為基于R2A20112控制IC的PFC升壓拓撲。由圖3(b)可以看出，電路含有主從2個(gè)PFC開(kāi)關(guān)(Q1與Q2)、2個(gè)升壓電感器(L1與L2)和2個(gè)升壓二極管(D5與D6)，輸入和輸出電容(CIN與C0)共用。

 
　　R2A20112控制2個(gè)升壓PWM電源變換器，每個(gè)變換器的電感電流斜升到峰值時(shí)，則關(guān)斷PFC開(kāi)關(guān)(MOSFET)，直到電感電流衰減至零為止。一旦電感電流降至為零，MOSFET再次導通，開(kāi)始新的開(kāi)關(guān)周期，電感電流從零開(kāi)始再次斜升。開(kāi)／關(guān)循環(huán)產(chǎn)生基角波電感電流，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的峰值電感電流IPK(t)與導通時(shí)間TON和瞬時(shí)AC線(xiàn)路輸入電壓VAC(t)確定電感值L為

　　平均輸入電流為峰值電感電流的一半，即：
 

　　由于平均輸入電流正比于A(yíng)C輸入電壓，從而實(shí)現電流波形整形，即功率因數校正。由于兩個(gè)PWM輸出相位差為180°，導致兩個(gè)升壓變換器輸人和輸出紋波電流大幅減小，可選用小尺寸的輸入和輸出電容，改善EMI特性。 

　　4 應用電路

　　基于R2A20112的40 W通用AC輸入臨界交錯模式PFC升壓變換器電路圖如4所示。其中，CIN為輸入電容，用于濾除高頻電感電流；C01、C02為輸出儲能電容；Q1、Q2分別為兩相升壓變換器的主／從開(kāi)關(guān)；L1、L2分別為主／從升壓電感；D1、D2分別為主／從／升壓二極管；L1、L2的附加繞組分別為主／從零電流檢測(ZCD)傳感器。

　　電感器(L1、L2)是電路中的關(guān)鍵元件。PFC升壓變換器AC輸入電壓范圍為85 V～265 V，DC輸出電壓V0=385 V，輸出功率P0=400 W，若效率η=90％，最低開(kāi)關(guān)頻率fmin=40 kHz，計算電感值。

　　平均輸入電流IAVG可按式(2)計算：

　　在最高峰值AC輸入電壓上，每個(gè)開(kāi)關(guān)周期之后復位ACD比較器，L1和L2的輔助繞組應至少提供2 V的電壓。L1和L2與附加繞組匝數比為：

 
　　5 結束語(yǔ)
　　在臨界導電模式交錯工作的PFC控制器R2A-20211，為兩相PFC升壓變換器產(chǎn)生180°的輸出相位差，減小輸入和輸出電容的紋波電流，并降低EMI。交錯兩個(gè)PFC方案，是一種創(chuàng )新PFC方法，倍受業(yè)界關(guān)注。