電子鎮流器中功率因數校正電路的分析及應用 (IR2166/I

2020-11-23 電子發燒友

電子鎮流器中功率因數校正電路的分析及應用 (IR2166/I

佚名 發表於 2009-10-09 09:36:01

電子鎮流器中功率因數校正電路的分析及應用

IR2166/IR2167是集功率因數校正器(PFC)、鎮流器和半橋驅動器為一體的新型電子鎮流器驅動電路。內部的功率因數校正(PFC)電路以臨界導通模式(CCM)工作，可獲得高功率因數、低總諧波失真（THD)及直流電壓調整。給出典型PFC控制電路的原理並進行了分析。
關鍵詞：鎮流器；IR2166；IR2167；功率因數校正

1 引言
    傳統的磁性鎮流器使用工作於60Hz的鐵芯電磁元件．工作時會產生閃爍和可聞噪聲。磁性鎮流器內部無功率因數校正(IWC)電路，而將PFC電路加入其內部也很困難，其輸入電流電壓相位不一致。含有大量的諧波分量，滿足不了鎮流器諧波低於照明系統諧波電流的IEC 61000—3—2C級國際標準。並且，由鎮流器產生的任何諧波也會對其他連接在同一電源上的電子系統造成影響。

    電子鎮流器的出現向磁性鎮流器提出了挑戰。它能彌補傳統磁性鎮流器的不足，工作時不僅無閃爍和可聞噪聲，而且可以輕易地加入功率因數校正，具有良好的高功率因數(PF)和低總諧波失真(THD)特性。傳統電子鎮流器控制器由分離的控制IC、柵極驅動IC和PFC IC構成。IR2166／IR2167是國際整流器公司推出的電子鎮流器控制器．是新一代電子鎮流器控制集成電路的代表。這二款器件採用單晶片方案．除降低系統成本，減少元件數量外，也簡化了安裝，提高了可靠性，節省了設計時間，在電子鎮流器控制電路中得到了廣泛應用。

2 內部結構及引腳功能
    IR2166dR2167採用DIP和SOIC 2種封裝，IR2166為20引腳，IR2166為16引腳。它們具有相同的PFC控制，不同的鎮流器控制。此外，IR2167還具有欠電流保護、低於諧波點保護和熱過載保護等特性。IR2166的引腳排列如圖l所示。

其引腳功能如表1所列。


3 PFC功能
3．1 PFC控制方式
    功率因數校正(PFC)是IR2166／IR2167的主要功能。二者具有相同的PFC控制，內部都含有1個有源功率因數校正電路。

    IR2166／IR2167可以針對交流輸入電壓產生交流輸入電流。實現的控制方法基於工作於臨界導通模式(CCM)的升壓型變換器。如圖2所示。

    即在PFCMOSFET的每個開關周期，電路一直等待到電感器電流放電到零時才再次開通PFC MOSFET。PFCMOSFET的開關頻率(>10kHz)遠大於電網頻率(50Hz一60Hz)。

    開關管MPFC開通時，電感器LPFC接到整流輸出的正端(+)和負端(一)，LPFC電流線性增加。當MPFC關斷時，LPFC連接於整流輸出的正端和直流母線電容器Cm；(通過二極體DOFC，LPFC中電流流向CBUS。由於MPFC以高頻工作，CBUS電壓被充到特定的電壓。反饋迴路通過連續檢測直流母線電壓和相應地調節MPFC的開通時間將電壓調整到固定值。若直流電壓上升．則開通時間減小．若直流電壓下降，則開通時間增加。由於這個負反饋控制是低速和低增益的，因此電感器平均電流平滑地跟隨低頻電網電壓，從而實現高功率因數和低THD。在多個電網電壓周期內，MPFC的開通時間是固定的。因為開通時間固定，關斷時間由電感器的電流釋放到零決定，結果是系統的頻率可自由改變．並連續地從交流電壓過零附近的高頻過渡到交流電壓達到峰值時的較低頻率。

    交流電壓較低(過零附近)時，電感器電流升到較小的值．放電較快，因此開關頻率高。交流電壓較高(峰值附近)時，電感器電流升到較高的值，放電時間較長，頻率較低。三角形PFC電感器電流被E-MI濾波器平滑而產生正弦交流電流。

3．2 PFC控制電路
    IC內部PFC控制簡化電路如圖3所示。以內部4V電壓為參考．調節VBUS實現直流母線電壓的調整。反饋迴路是傳導可調(OTA)放大器，其灌或拉電流流向外部COMP腳的電容器。COMP腳的電壓為內部電容器Cl充電的閾值，決定MPFC的開通時間。在鎮流器預熱和觸發期間，OTA的增益設定較高，給直流母線電容器快速充電，減小可能發生在觸發期間的直流母線電容器的瞬態衝擊。在運行期間，增益調整到較低的水平，獲得高功率因數和低THD。


    MPFC關斷時間決定於LPFC放電到零的時間。由連接到ZX腳的L。二次側繞組檢測零電流。關斷時間始於超過電路內部2V閾值的上升沿。當LPFC電感器電流放電到零時，關斷時間止於低於電路內部1．7V閾值的下降沿，MPFC隨之再次開通，PFC時序如圖4。此過程不定周期地重複，直到鎮流器出現故障而關閉PFC功能(故障模式)。如果直流母線電壓過壓或欠壓，或ZX腳沒有檢測到下降負沿，Mnc將保持關斷，直到內部定時器強迫MPFC開通，而開通時間由COMP腳的電壓決定。定時器脈衝每400ms不定期發生，直到ZX腳出現正確的上升和下降沿信號，PFC正常工作為止。


3．3 PFC電路分析
(1)計算PFC的電感值

   
其中：VBUS是直流母線電壓：
      VAC是最小交流輸入電壓有效值：
      η 是PFC效率(典型值為0．95)：
      fMIN是最小交流輸入電壓時的最小PFC開關頻率：
POUT是鎮流器輸出功率。

(2)計算PFC電感器的峰值電流

   

(3)計算最大開通時間



4 典型應用電路
    圖5示出IR2166驅動電子鎮流器的典型應用電路，其輸入為全橋整流器整流後的電壓．輸入電壓範圍為lOOV~250V，輸入功率因數大於99％．THD小於15％。電流諧波滿足GBl7625．1-1998 C標準(照明設備)要求。


5 結束語
    加入PFC增益作為鎮流器模式的功能體現了集成的好處，它的性能比現有PFC方法更好。沒有PFC時，THD高於100％，功率因數低至0．50．在電子鎮流器中加入PFC電路不僅提高了電路的功率因數，而且節約了能源。據統計，我國照明用電佔全國總用電量的10%，即使其中半數採用這種鎮流器，年節約電也可達162億度，將PFC加入電子鎮流器也是能源發展的必要。

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