基于IC控制器FAN4810的500WPFC电源的设计
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:466
作者：山东临沂电子研究所 毛兴武 摘要：介绍了pfc控制器fan4810的主要特性，同时给出了基于fan4810的500w高性能pfc预调节器的设计程序与方法。 关键词：fan4810；pfc变换器；电路设计引言 将基于功率因数控制器的有源功率因数校正（pfc）预调节器应用于分布式电源系统的前端时，能使非线性负载呈现纯电阻性，迫使桥式整流器的输入电流正比于输入电压，并且与线路电压保持同相位，因而线路功率因数几乎达到1。有源pfc预调节器的dc输出电压必须高于ac线路电压的峰值。对于270v的ac最高输入线路电压，pfc升压变换器的dc输出稳定电压通常是385v或400v。基于美国飞兆半导体公司功率因数控制器fan4810的pfc升压变换器，有着宽输入电压范围和宽输出功率电平，符合iec100032规范和ul1950标准，具有超快速pfc响应。本文简要介绍了pfc控制器fan4810的主要特点，给出了完整的应用电路，重点介绍了利用fan4810控制器的500wpfc预变换器设计。图11 fan4810的基本结构及主要特点 fan4810采用16引脚dip和16引脚soic封装，芯片电路组成框图如图1所示。fan4810是一种平均电流、连续升压前沿pfc控制器，其主要特点如下：1）含有trifaultdetecttm功能，符合ul1950安全标准。万一反馈通路失效，反馈脚vfb上电压太高、太低或开路，三故障（trifault）检测电路将终止pfc驱动；图22）压摆率增强的跨导电流误差放大器（iea），提供超快速pfc响应；3）内置增益调制器，并且有3个输入，即ac线路电流参考输入iac、ac线路电压检测输入vrms和pfc输出电压反馈误差放大器（vea）输出veao，这种3输入增益调制器，对pfc起核心控制作用；4）带有输出过电压保护（ovp）、输入电压过低（brownout）保护、vcc欠压锁定（uvlo）、峰值电流限制和软启动功能；5）带开/关pwm时钟输入（脚clksd）和同步时钟输出（脚clkout）；6）vcc启动门限为13v，关闭门限是10.8v，启动电流约200μa，在vcc=15v下的工作电流约5.5ma；7）栅极驱动电流容量达±1a。2 应用电路与设计2.1 应用电路及操作 图2示出了由fan4810组成的一个500w有源pfc升压变换器电路。 在接通ac线路电源后，当电容c15通过r13和r14被充电到13v时，fan4810启动。启动时，在pfc开关q1导通之前，为保证pfc操作，通过二极管d2的电流迅速对c5充电到ac线路电压峰值。当q1关断时，c5上电压经l1升压至400v。升压电感器l1的辅助绕组及d3，d4，c12，c16和r10，c15组成的全波整流滤波电路，为fan4810脚vcc提供15v的dc工作电压。q4，r16和c20等组成软启动电路，fan4810误差放大器输出veao被迫跟随q4对c20充电。当c20被充电至vref（7.5v）时，q4截止。2.2 设计程序与方法2.2.1 pfc升压变换器基本参数图2所示的pfc升压变换器电路主要参数为：输出功率po=500w；最低ac线路电压vmin=80v；最高ac线路电压vmax=264v；dc输出电压vo=400v（正常值），最小值vo(min)=300v；变换效率η=0.93；开关频率fs=100khz；总电流谐波失真thd=5％。2.2.2 主要电路和元件参数选取 根据pfc变换器的技术条件和fan4810的电气特性，可以确定主要元件的选取。2.2.2.1 升压电感器l1电感值的确定pfc变换器在连续导通模式（ccm）下工作，最大峰值ac线路电流iin（pk）为高频电流峰—峰值δi可按iin(pk)的20％来处理，即δi=9.5a×20％=1.9a。通过l1的最大电流为il(max)=iin(pk)＋δi/2=9.5a＋1.9a/2=10.45a开关占空因数d为 l1的电感值可由式（1）确定。 将相关数据代入式（1）得到l=426μh，可选择420μh（电流容量为10a）。2.2.2.2 输出电容c5的选择 支持（holdup）时间thld是确定c5容值的主要依据。thld是在ac电源中断之后，变换器输出仍然在规定范围的保持时间。其间，c5中储存的能量j=pothld，同时还可表示为j=〔cvo2－c〕，由此可得 可选取thld=20ms，同时将po=500w，vo=400v和vo(min)=300v代入式（2），得c=285.7μf，可选择330μf/450v的高压铝电解电容器。2.2.2.3 振荡器定时元件r6和c18的选择 fan4810脚7外部电阻r6和电容c18共同设置振荡器频率fs。 由于fs=100khz，若选择c18=470pf，r6的阻值为41.75kω，可选取41.2kω。2.2.2.4 增益调制器输入电路元件的选择 增益调制器在脚2（iac）上的输入电流由电阻r1(r1a＋r1b)来编程。r1可利用式（4）确定。 式中：gmax=2，是增益调制器最大增益； rmo=3.6kω，是增益调制器输出电阻； vgmo(max)=0.75v，是增益乘法器最大输出电压。 又vmin=80v，据此可得r1=1.06mω，可采用两只453kω的电阻串联而成，功耗均为（1/8）w。 r2(r2a＋r2b)和r3与r4组成电阻分压器，同时r2，r3，r4和c3，c2组成两级低通
作者：山东临沂电子研究所 毛兴武 摘要：介绍了pfc控制器fan4810的主要特性，同时给出了基于fan4810的500w高性能pfc预调节器的设计程序与方法。 关键词：fan4810；pfc变换器；电路设计引言 将基于功率因数控制器的有源功率因数校正（pfc）预调节器应用于分布式电源系统的前端时，能使非线性负载呈现纯电阻性，迫使桥式整流器的输入电流正比于输入电压，并且与线路电压保持同相位，因而线路功率因数几乎达到1。有源pfc预调节器的dc输出电压必须高于ac线路电压的峰值。对于270v的ac最高输入线路电压，pfc升压变换器的dc输出稳定电压通常是385v或400v。基于美国飞兆半导体公司功率因数控制器fan4810的pfc升压变换器，有着宽输入电压范围和宽输出功率电平，符合iec100032规范和ul1950标准，具有超快速pfc响应。本文简要介绍了pfc控制器fan4810的主要特点，给出了完整的应用电路，重点介绍了利用fan4810控制器的500wpfc预变换器设计。图11 fan4810的基本结构及主要特点 fan4810采用16引脚dip和16引脚soic封装，芯片电路组成框图如图1所示。fan4810是一种平均电流、连续升压前沿pfc控制器，其主要特点如下：1）含有trifaultdetecttm功能，符合ul1950安全标准。万一反馈通路失效，反馈脚vfb上电压太高、太低或开路，三故障（trifault）检测电路将终止pfc驱动；图22）压摆率增强的跨导电流误差放大器（iea），提供超快速pfc响应；3）内置增益调制器，并且有3个输入，即ac线路电流参考输入iac、ac线路电压检测输入vrms和pfc输出电压反馈误差放大器（vea）输出veao，这种3输入增益调制器，对pfc起核心控制作用；4）带有输出过电压保护（ovp）、输入电压过低（brownout）保护、vcc欠压锁定（uvlo）、峰值电流限制和软启动功能；5）带开/关pwm时钟输入（脚clksd）和同步时钟输出（脚clkout）；6）vcc启动门限为13v，关闭门限是10.8v，启动电流约200μa，在vcc=15v下的工作电流约5.5ma；7）栅极驱动电流容量达±1a。2 应用电路与设计2.1 应用电路及操作 图2示出了由fan4810组成的一个500w有源pfc升压变换器电路。 在接通ac线路电源后，当电容c15通过r13和r14被充电到13v时，fan4810启动。启动时，在pfc开关q1导通之前，为保证pfc操作，通过二极管d2的电流迅速对c5充电到ac线路电压峰值。当q1关断时，c5上电压经l1升压至400v。升压电感器l1的辅助绕组及d3，d4，c12，c16和r10，c15组成的全波整流滤波电路，为fan4810脚vcc提供15v的dc工作电压。q4，r16和c20等组成软启动电路，fan4810误差放大器输出veao被迫跟随q4对c20充电。当c20被充电至vref（7.5v）时，q4截止。2.2 设计程序与方法2.2.1 pfc升压变换器基本参数图2所示的pfc升压变换器电路主要参数为：输出功率po=500w；最低ac线路电压vmin=80v；最高ac线路电压vmax=264v；dc输出电压vo=400v（正常值），最小值vo(min)=300v；变换效率η=0.93；开关频率fs=100khz；总电流谐波失真thd=5％。2.2.2 主要电路和元件参数选取 根据pfc变换器的技术条件和fan4810的电气特性，可以确定主要元件的选取。2.2.2.1 升压电感器l1电感值的确定pfc变换器在连续导通模式（ccm）下工作，最大峰值ac线路电流iin（pk）为高频电流峰—峰值δi可按iin(pk)的20％来处理，即δi=9.5a×20％=1.9a。通过l1的最大电流为il(max)=iin(pk)＋δi/2=9.5a＋1.9a/2=10.45a开关占空因数d为 l1的电感值可由式（1）确定。 将相关数据代入式（1）得到l=426μh，可选择420μh（电流容量为10a）。2.2.2.2 输出电容c5的选择 支持（holdup）时间thld是确定c5容值的主要依据。thld是在ac电源中断之后，变换器输出仍然在规定范围的保持时间。其间，c5中储存的能量j=pothld，同时还可表示为j=〔cvo2－c〕，由此可得 可选取thld=20ms，同时将po=500w，vo=400v和vo(min)=300v代入式（2），得c=285.7μf，可选择330μf/450v的高压铝电解电容器。2.2.2.3 振荡器定时元件r6和c18的选择 fan4810脚7外部电阻r6和电容c18共同设置振荡器频率fs。 由于fs=100khz，若选择c18=470pf，r6的阻值为41.75kω，可选取41.2kω。2.2.2.4 增益调制器输入电路元件的选择 增益调制器在脚2（iac）上的输入电流由电阻r1(r1a＋r1b)来编程。r1可利用式（4）确定。 式中：gmax=2，是增益调制器最大增益； rmo=3.6kω，是增益调制器输出电阻； vgmo(max)=0.75v，是增益乘法器最大输出电压。 又vmin=80v，据此可得r1=1.06mω，可采用两只453kω的电阻串联而成，功耗均为（1/8）w。 r2(r2a＋r2b)和r3与r4组成电阻分压器，同时r2，r3，r4和c3，c2组成两级低通
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