【導(dǎo)讀】PFC比值的大小能夠直接反映電力的有效利用程度。很多電源類產(chǎn)品在生產(chǎn)時(shí)，都會對PFC有所要求。本篇文章主要介紹PFC段的設(shè)計(jì)中經(jīng)常會遇到的兩個(gè)問題。以及針對這兩個(gè)PFC段設(shè)計(jì)中常見的問題給出的解決方案。
功率因數(shù)校正的縮寫是PFC，PFC其實(shí)是一種數(shù)值關(guān)系，是有效的功率和總耗電量之比。PFC比值的大小能夠直接反映電力的有效利用程度。現(xiàn)代人的生活節(jié)奏越來越快，對科技產(chǎn)品的要求也越來越高。很多電源類產(chǎn)品在生產(chǎn)時(shí)，都會對PFC有所要求。
圖1 ZCD引腳上的調(diào)整
提高PFC的方法多種多樣，本篇文章當(dāng)中將為大家介紹一種能夠?qū)FC段性能進(jìn)行提高的方法，這種方法通過改善線路的工作狀態(tài)來進(jìn)行調(diào)整，如圖1所示，在VCC與引腳5(ZCD引腳)之間布設(shè)一顆電阻，能夠減輕或抑制這個(gè)現(xiàn)象。這樣一來，ZCD引腳上就產(chǎn)生了偏置。
在測試的應(yīng)用中，VCC為15V，且Rzcd=68kΩ。在VCC與引腳5之間增加一顆電阻Roff=680kΩ，就改變了施加在引腳5(ZCD引腳)上的電壓。退磁相位期間ZCD引腳上施加的實(shí)際VAUX電壓就變?yōu)椋?/div>
然后，施加在引腳5上的電壓就為偏置。事實(shí)上，這就像是VAUX電壓與減小了1.36V的ZCD閾值比較。這樣一來，新的實(shí)際ZCD閾值就是：
Vpin5上升：最低值為0.74V，典型值為0.94V,最大值為1.14V。
Vpin5下降：最低值為0.14V，典型值為0.24V,最大值為0.44V。
圖2 調(diào)整改善器件工作
ZCD閾值的下降起到了增加ZCD精度的作用，與此同時(shí)，能夠很有效的抑制CCM的工作。在相同條件下獲得的波特圖(見圖2)就證實(shí)了這一點(diǎn)。
在這里需要注意的是，Vpin5下降(案例中是1.5V)時(shí)，偏置必須保持在低于ZCD最低閾值。這是為了確保新的實(shí)際ZCD閾值(Vpin5下降時(shí)) 保持高于0V。否則，系統(tǒng)可能難于檢測磁芯復(fù)位并因此啟動新的開關(guān)序列。出于這個(gè)目的，應(yīng)當(dāng)考慮到VCC的變化。
[page]
啟動時(shí)的大過沖
正弦電流能夠?yàn)樨?fù)載提供相應(yīng)的平均需求方波正弦功率，PFC段也從輸入線路正弦波電壓裕安來吸收它們。輸出電容(大電容)“吸收”實(shí)際提供的功率與負(fù)載消耗的功率之差值。
饋送給負(fù)載的功率低于需求時(shí)，輸出電容放電，補(bǔ)償功率差額。提供的功率超過負(fù)載功耗時(shí)，輸出電容充電，存儲多余的能量。
圖3輸出電壓紋波
所以，輸出電壓呈現(xiàn)出輸入線路頻率2倍的低頻交流含量。不利的是，PFC電流整形(current-shaping)方法均基于控制信號無紋波的假設(shè)。否則，就不能夠優(yōu)化功率因數(shù)，因?yàn)檩斎刖€路電流重新復(fù)制了控制信號失真。這就是眾所周知的PFC電路動態(tài)性能差的原因。它們的穩(wěn)壓環(huán)路帶寬設(shè)得極低，從而抑制100Hz或120Hz紋波，否則輸出電壓就會注入這紋波。
圖4 啟動相位期間的過沖
由于系統(tǒng)極慢，PFC段遭受陡峭的負(fù)載或輸入電壓變化時(shí)，會在大電容上呈現(xiàn)出大的過沖(over-shoot)或欠沖(under-shoot)。啟動序列就是這些瞬態(tài)中的一種，能夠產(chǎn)生大的電壓過應(yīng)力(over-stress)。
圖4展示能在啟動相位期間觀察到的那類過沖。這波特圖是使用由NCP1607驅(qū)動，負(fù)載是下行轉(zhuǎn)換器的PFC段獲得的。
承受啟動過沖
大部分人認(rèn)為，應(yīng)用軟啟動是在控制器的選擇當(dāng)中最需要存在的一個(gè)功能，但是實(shí)際上，它并非必須存在的功能特性。此外，從定義來看，這種功能減緩了啟動速度，而這并非總是可以接受。
圖5 小幅調(diào)整反饋網(wǎng)絡(luò)
[page]
另一個(gè)需要面對的選擇是，是否需要在反饋感測電阻分壓器處增加一個(gè)電容。如圖5所示。在這個(gè)圖中，我們假定感測網(wǎng)絡(luò)中上部的電阻分割為兩個(gè)電阻，而電容Cfb并聯(lián)連接在其中一個(gè)電阻的兩端。如果控制電路中嵌入了傳統(tǒng)的誤差放大器，然后分析此時(shí)電容Cfb的影響。在穩(wěn)態(tài)，Cfb改變了傳遞函數(shù)。通過檢測，我們立即注意到它增加了：
處于下述頻率的一個(gè)零點(diǎn)：
最后，兩種配置中都獲得相同的極點(diǎn)。這些條件(RfbU1≈RfbU2)或(RfbU1≤RfbU2)并非限制性條件。相反，滿足這些條件是明智之舉，因?yàn)镽fbU1兩端的電壓及相應(yīng)的Cfb兩端的電壓取決于RfbU1值與(RfbU1+RfbU2+RfbL)總電阻值的相對比較關(guān)系。這就是為什么它們是現(xiàn)實(shí)可行的原因。
如果RfbU1與RfbU2這兩個(gè)電阻擁有類似阻值：
如果RfbU1與RfbU2處在相同范圍，低頻增益就略微增加，交越頻率就跟隨fp與fz的相同比率增加。如果與RfbU2相比RfbU1極小，我們就獲得在控制至輸出傳遞函數(shù)中抵消(cancel)的極點(diǎn)和零點(diǎn)。這樣，增加Cfb就對環(huán)路和交越頻率沒有影響。事實(shí)上，特別是在RfbL=RfbU2時(shí)，這個(gè)增加的電容并不會大幅改變PFC段的動態(tài)性能。
但是，這個(gè)新增加的電容并非是多余的，它有著比較重要的作用，當(dāng)啟動相位時(shí)，這個(gè)電容才能真正的發(fā)揮作用。當(dāng)輸出電壓上升時(shí)，Cfb電容也充電。Cfb充電電流增加到反饋電流中，所以穩(wěn)壓電平臨時(shí)降低。這增加的電流與Cfb電容值成正比，并取決于輸出電壓的陡峭度，因此，在輸出電壓快速充電時(shí)，這個(gè)影響更引人注目。
本篇文章主要介紹了PFC段的設(shè)計(jì)中經(jīng)常會遇到的兩個(gè)問題。當(dāng)功率因數(shù)退化或著產(chǎn)生明顯的噪音時(shí)，可在電路當(dāng)中增加一個(gè)電阻來解決這個(gè)問題。此外，在啟動序列期間，PFC段也有可能產(chǎn)生比較大的過沖，此時(shí)就需要在電路當(dāng)中添加電容來達(dá)到抑制的目的。之所以對這兩種方法進(jìn)行介紹，是因?yàn)榧幢闶且呀?jīng)到了設(shè)計(jì)的后半段時(shí)期，這兩種調(diào)整方法還是非常容易在電路中得以實(shí)現(xiàn)的。
