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基于IC控制器FAN4810的500WPFC電源的設計

時間:2024-09-30 15:56:26 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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基于IC控制器FAN4810的500WPFC電源的設計

摘要:介紹了PFC控制器FAN4810的主要特性,同時給出了基于FAN4810的500W高性能PFC預調(diào)節(jié)器的設計程序與方法。

引言

將基于功率因數(shù)控制器的有源功率因數(shù)校正(PFC)預調(diào)節(jié)器應用于分布式電源系統(tǒng)的前端時,能使非線性負載呈現(xiàn)純電阻性,迫使橋式整流器的輸入電流正比于輸入電壓,并且與線路電壓保持同相位,因而線路功率因數(shù)幾乎達到1。有源PFC預調(diào)節(jié)器的DC輸出電壓必須高于AC線路電壓的峰值。對于270V的AC最高輸入線路電壓,PFC升壓變換器的DC輸出穩(wěn)定電壓通常是385V或400V;诿绹w兆半導體公司功率因數(shù)控制器FAN4810的PFC升壓變換器,有著寬輸入電壓范圍和寬輸出功率電平,符合IEC1000?3?2規(guī)范和UL1950標準,具有超快速PFC響應。本文簡要介紹了PFC控制器FAN4810的主要特點,給出了完整的應用電路,重點介紹了利用FAN4810控制器的500WPFC預變換器設計。

圖1

1 FAN4810的基本結(jié)構及主要特點

FAN4810采用16引腳DIP和16引腳SOIC封裝,芯片電路組成框圖如圖1所示。

FAN4810是一種平均電流、連續(xù)升壓前沿PFC控制器,其主要特點如下:

1)含有Tri?faultDetectTM功能,符合UL1950安全標準。萬一反饋通路失效,反饋腳VFB上電壓太高、太低或開路,三故障(Tri?fault)檢測電路將終止PFC驅(qū)動;

圖2

2)壓擺率增強的跨導電流誤差放大器(IEA),提供超快速PFC響應;

3)內(nèi)置增益調(diào)制器,并且有3個輸入,即AC線路電流參考輸入IAC、AC線路電壓檢測輸入VRMS和PFC輸出電壓反饋誤差放大器(VEA)輸出VEAO,這種3輸入增益調(diào)制器,對PFC起核心控制作用;

4)帶有輸出過電壓保護(OVP)、輸入電壓過低(brown?out)保護、VCC欠壓鎖定(UVLO)、峰值電流限制和軟啟動功能;5)帶開/關PWM時鐘輸入(腳CLKSD)和同步時鐘輸出(腳CLKOUT);

6)VCC啟動門限為13V,關閉門限是10.8V,啟動電流約200μA,在VCC=15V下的工作電流約5.5mA;

7)柵極驅(qū)動電流容量達±1A。

2 應用電路與設計

2.1 應用電路及操作

圖2示出了由FAN4810組成的一個500W有源PFC升壓變換器電路。

在接通AC線路電源后,當電容C15通過R13和R14被充電到13V時,F(xiàn)AN4810啟動。啟動時,在PFC開關Q1導通之前,為保證PFC操作,通過二極管D2的電流迅速對C5充電到AC線路電壓峰值。當Q1關斷時,C5上電壓經(jīng)L1升壓至400V。升壓電感器L1的輔助繞組及D3,D4,C12,C16和R10,C15組成的全波整流濾波電路,為FAN4810腳VCC提供15V的DC工作電壓。Q4,R16和C20等組成軟啟動電路,F(xiàn)AN4810誤差放大器輸出VEAO被迫跟隨Q4對C20充電。當C20被充電至VREF(7.5V)時,Q4截止。

2.2 設計程序與方法

2.2.1 PFC升壓變換器基本參數(shù)

圖2所示的PFC升壓變換器電路主要參數(shù)為:

輸出功率Po=500W;

最低AC線路電壓VMIN=80V;

最高AC線路電壓VMAX=264V;

DC輸出電壓Vo=400V(正常值),最小值Vo(MIN)=300V;

變換效率η=0.93;

開關頻率fs=100kHz;

總電流諧波失真THD=5%。

2.2.2 主要電路和元件參數(shù)選取

根據(jù)PFC變換器的技術條件和FAN4810的電氣特性,可以確定主要元件的選取。

2.2.2.1 升壓電感器L1電感值的確定

PFC變換器在連續(xù)導通模式(CCM)下工作,最大峰值AC線路電流IIN(PK)為

高頻電流峰—峰值ΔI可按IIN(PK)的20%來處理,即ΔI=9.5A×20%=1.9A。通過L1的最大電流為

IL(MAX)=IIN(PK)+ΔI/2=9.5A+1.9A/2=10.45A

開關占空因數(shù)D為

L1的電感值可由式(1)確定。

將相關數(shù)據(jù)代入式(1)得到L=426μH,可選擇420μH(電流容量為10A)。

2.2.2.2 輸出電容C5的選擇

支持(hold?up)時間tHLD是確定C5容值的主要依據(jù)。tHLD是在AC電源中斷之后,變換器輸出仍然在規(guī)定范圍的保持時間。其間,C5中儲存的能量J=PotHLD,同時還可表示為J=〔CVo2-C〕,由此可得

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