电压临界工作模式的有源功率因数校正器的设计应用

O 引言
    提高开关电源的功率因数，不仅可以节能，还可以减少电网的谐波污染，提高了电网的供电质量。为此，研究出多种提高功率因数的方法，其中，有源功率因数校正技术(简称APFC)就是其中的一种有效方法，它是通过在电网和电源之间串联加入功率因数校正装置，目前最常用的为单相升压前置升压变换器原理，它由专用芯片实现的，且具有高效率、电路简单、成本低廉等优点，本文介绍的低成本电压型临界工作模式APFC控制芯片FAN7530即可实现该功能。

1 FAN7530的电路特点
1．1 内部电路
    如图l所示，FAN7530N DIP8封装，也有SMD封装(FAN7530M)，内部含有自启动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出、过压力过流欠压保护等电路。

1．2 FAN7530 PFC控制芯片的性能特点
    该芯片的最大特点是采用电压控制临界工作模式，其它性能特点如下：
    160μs的内置启动定时电路；
    低的THD及高的功率因数；
    过压、欠压、过流保护；
    零电流检测器；
    CRM控制模式；
    工作温度低一40℃～+125℃；
    低启动电流(40μA)及低工作电流(1．5mA)。
    FAN7530是一个引脚简单、高性能的有源功率因数校正芯片。它是被优化的、稳定的、低功耗、高密度的电源芯片，且外围元器件少，节省了PCB布线空间。内置R／C滤波器，抗干扰能力强，对抑制轻载漂移现象增加了特殊电路。对辅助电源范围不要求，输出图腾驱动电路限制了功率MOSFET短路的危险，极大地提高了系统的可靠性。

2 有源功率因数校正原理设计
2．1 功率因数校正原理
    如图2所示，控制芯片采用FAN7530，功率MOSFET S1的通、断受控于FAN7530的零点流检测器，当零电流检测器中的电流降为零时，即升压二极管D1中的电流为零时，S1导通，此时的电感L开始储能，电流控制波形如图3所示，这种零电流控制模式有以下优点：

    由于储能电感中的电流为零时，S1才能导通，这样就大大减少了MOSFET的开关应力和损耗，同时对升压二极管的恢复时间没有严格的要求，另一方面免除了由于二极管恢复时间过长引起的开关损耗，增加了开关管的可靠性。
    由于开关管的驱动脉冲时间无死区，所以输入电流是连续的，并呈正弦波，这样大大提高了系统的功率因数。
2．2 应用设计举例
    技术要求：
    输入电网电压范围 AC 90～265V；
    输出直流电压DC 400V；
    输出功率 150W。
2．2．1 PFC电感的设计
   
    电感的电气原理图如图4所示。

2．2．2 升压MOSFET的选择

2．2．3 升压二极管的选择
  

2．2．4 整流桥的选择

    如图5所示FAN7530N在APFC前置变换器中的应用电路。

3 使用FAN7530的问题及解决方法
    PFC中的自举二极管速度越快越好；
    注意MOSFET的源极与地线的连接，减少谐振的发生；
    PFC升压后高压电容的容量要够，尽量采用标准值；
    整流桥后的金属化薄膜电容调整可以改变谐振；
    FAN7530的脚1和脚3之间加R/C，适当调整参数可以减少轻载不稳定；
    FAN7530的脚1和脚2之间的电容值影响启动时间；
    该芯片在使用中发现，有很多优点，也有缺点。

4 结语
    该设计经多次反复试验，PFC升压电感参数调整，及其它外围参数设计试验确定，功率MOSFET等器件的计算，已成功设计出150W升压前置变换器，并应用于适配器中。实践证明该方案是可行的，有一定的应用价值。