臨界導電交錯模式PFC控制R2A20112原理及應用

2020-11-23 電子產品世界

　　1 引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/87580.htm

　　對於高於25 W照明產品和高於75 W具有開關電源的電子設備功率因數校正(PFC)已成為一項強制性要求。PFC有多種分類方法，根據PFC升壓變換器電感器電流流動方式，主要分為連續導電模式(CCM)和臨界導電模式。CCM-PFC可實現高達0.995的功率因數和低於5％的總電流諧波失真(THD)，但電路拓撲複雜，成本較高，而臨界導電模式亦稱轉換模式(TM)，其優點是電路拓撲簡單，但不能達到超低THD，而且電磁幹擾(EMI)較大。Re-nesas公司最近推出的R2A20112單片IC，是一款採用交錯方法的臨界模式PFC控制器。基於R2A20112的臨界模式交錯雙相PFC升壓變換器，可縮減輸入／輸出電容及EMI濾波器元件尺寸，提高輕載條件下的效率，使電子照明產品和數位電視、PC及人門級(entry level)伺服器等消費類應用產品IEC1000-3-2、EN61000-3-2標準和能源之星(Energy Star)等規範要求。

　　2 引腳功能及主要特點

　　R2A20112採用16引腳SOP和16引腳DILP無鉛封裝，引腳排列如圖1所示。


 　　R2A20112各個引腳功能見表1所列。
 


　　R2A20112的主要電氣特性如下：最大允許電源電壓Vcc(max):24 V；參考輸出電壓VREF：5 V(1±3％)；欠電壓鎖定(UVLO)啟動電壓VH:10.5 V±0.7 V；UVLO工作關閉電壓：VL:9.3 V±0.5 V；UVLO滯後電壓VYSUVL:1.2 V+0.5 V。
　　R2A20112的主要功能如下：升壓變器換控制帶臨界導電模式；交錯控制；過電壓保護：模式1：動態過電壓保護對應於負載變化引起的電壓上升；模式2：靜態OVP對應穩壓豐的過電壓；反饋環路開路檢測；主／從變換器獨立過電流保護(OCP)；280μs的重新啟動定時器。

　　3 工作原理

　　R2A20112的內部功能框圖如圖2所示。交錯臨界PFC控制器含有主從2個零電流檢測器(ZCD-M／ZCD-S)和2個MOSFET驅動器(GD-M／GD-S)。與常規臨界模式PFC控制器不同的是，R2A20112不僅含有乘法器，而且帶有振蕩器，因而具有CCM-PFC的某些特性。

　　臨界導電PFC升壓拓撲圖如圖3(a)所示。圖3(b)所示為基於R2A20112控制IC的PFC升壓拓撲。由圖3(b)可以看出，電路含有主從2個PFC開關(Q1與Q2)、2個升壓電感器(L1與L2)和2個升壓二極體(D5與D6)，輸入和輸出電容(CIN與C0)共用。

 
　　R2A20112控制2個升壓PWM電源變換器，每個變換器的電感電流斜升到峰值時，則關斷PFC開關(MOSFET)，直到電感電流衰減至零為止。一旦電感電流降至為零，MOSFET再次導通，開始新的開關周期，電感電流從零開始再次斜升。開／關循環產生基角波電感電流，一個開關周期中的峰值電感電流IPK(t)與導通時間TON和瞬時AC線路輸入電壓VAC(t)確定電感值L為

　　平均輸入電流為峰值電感電流的一半，即：
 

　　由於平均輸入電流正比於AC輸入電壓，從而實現電流波形整形，即功率因數校正。由於兩個PWM輸出相位差為180°，導致兩個升壓變換器輸人和輸出紋波電流大幅減小，可選用小尺寸的輸入和輸出電容，改善EMI特性。 

　　4 應用電路

　　基於R2A20112的40 W通用AC輸入臨界交錯模式PFC升壓變換器電路圖如4所示。其中，CIN為輸入電容，用於濾除高頻電感電流；C01、C02為輸出儲能電容；Q1、Q2分別為兩相升壓變換器的主／從開關；L1、L2分別為主／從升壓電感；D1、D2分別為主／從／升壓二極體；L1、L2的附加繞組分別為主／從零電流檢測(ZCD)傳感器。

　　電感器(L1、L2)是電路中的關鍵元件。PFC升壓變換器AC輸入電壓範圍為85 V～265 V，DC輸出電壓V0=385 V，輸出功率P0=400 W，若效率η=90％，最低開關頻率fmin=40 kHz，計算電感值。


　　平均輸入電流IAVG可按式(2)計算：


　　在最高峰值AC輸入電壓上，每個開關周期之後復位ACD比較器，L1和L2的輔助繞組應至少提供2 V的電壓。L1和L2與附加繞組匝數比為：

 
　　5 結束語
　　在臨界導電模式交錯工作的PFC控制器R2A-20211，為兩相PFC升壓變換器產生180°的輸出相位差，減小輸入和輸出電容的紋波電流，並降低EMI。交錯兩個PFC方案，是一種創新PFC方法，倍受業界關注。

相關焦點

  • 臨界導電模式下PFC儲能電容電壓及電流分析
    摘要：針對工作於臨界導電模式下(CRM)的功率因數校正器(PFC)的輸出儲能電容有效值(RMS)電流及其電壓紋波，進行了詳細的數學推導。
  • 詳解PFC電感的計算
    中心議題：本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/161442.htm　　Boost功率電路的PFC連續工作模式的基本關係
  • 滿足新應用需求的先進PFC技術及解決方案
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/92602.htm　　根據輸入電流控制原理的不同，PFC可以分為不同的類型，如臨界導電模式(CrM)、不連續導電模式(DCM)、連續導電模式(CCM)和頻率鉗位臨界導電模式(FCCrM)等。
  • 浪湧電流限制器STIL02在臨界模式PFC升壓變換器中的應用
    文中介紹了STIL02臨界模式ＰＦＣ升壓預調整器中的應用，同時給出了其應用電路。 關鍵詞：浪湧電流；限流器件；STIL02；PFC應用在脫線變換器啟動期間，因對大容量電容器充電會產生一個大電流。這個大電流比系統正常電流大幾倍乃至幾十倍(即所謂浪湧電流)，而這可能使ＡＣ線路的電壓降落，從而影響連接在同一ＡＣ線路上的所有設備的運行，有時會燒斷保險絲和整流二極體等元件。
  • 易用的PFC助益電機控制應用
    另外還會結合電機驅動應用討論這種方法的優勢。　　不同PFC電路　　PFC電路通常採用升壓型DC-DC轉換器拓撲結構，並且位於交流整流器電橋正後方。這種拓撲結構迫使輸入電流與輸入電壓同相。結果，負載在交流電源看來是一個純無源負載電阻。對於較高的功率水平，可以使用交錯式拓撲結構。最常見的是雙通道交錯操作，這與讓兩個升壓轉換器並聯並分擔負載並無不同。
  • LT1248在PFC整流電路中的應用
    引言 lt1248是凌特公司推出的一款功能較強大的pfc（power factor correct）控制晶片。該晶片採用dip16封裝，具有以下特點：本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/20935.htm（1）能夠適應寬範圍內的負載變化。（2）採用平均電流控制方法。
  • PFC控制器方案NCP1611的典型應用
    作為增強型PFC控制器，NCP1611採用電流控制頻率反走CrM模式及跳周期模式，可優化整個負載範圍內的效率，實現更好的輕負載效率，以及非常強大的安全特性。由於具備了上述優異的特性，NCP1611的市場及應用主要涵蓋大型平板電視、電腦電源、高功率適配器、LED照明和鎮流器，以及功率大於300 W的PFC應用。CCFF架構詳解及與CrM架構比較如圖4所示，安森美半導體開發的CCFF架構的定時器僅控制死區時間，利用定時器對應電流電平調節死區時間，反走頻率限制為大於20 kHz，具有市場上領先的性能。
  • 有源pfc電路工作原理
    打開APP 有源pfc電路工作原理 發表於 2018-01-23 09:59:56 有源pfc原理知識科普 PFC的全稱是Power Factor Corrector，意思是功率因數校正器，它可以在交流轉換為直流時提高電源對市電的利用率，減小轉換過程的電能損耗，達到節能的目的。
  • 基於APFC控制晶片FAN7530的電壓型臨界工作模式
    為此，研究出多種提高功率因數的方法，其中，有源功率因數校正技術(簡稱APFC)就是其中的一種有效方法，它是通過在電網和電源之間串聯加入功率因數校正裝置，目前最常用的為單相升壓前置升壓變換器原理，它由專用晶片實現的，且具有高效率、電路簡單、成本低廉等優點，本文介紹的低成本電壓型臨界工作模式APFC控制晶片FAN7530即可實現該功能。
  • 如何選擇最優的190 W纖薄PFC電源段方案?
    大多數功率因數校正(PFC)電源段採用臨界導電模式(CrM)工作，這種模式控制電感電流從零躍升至期望的峰值電平，然後又降至零。由於這種模式依賴於電流周期的時長，故開關頻率以交流線路電流需求的函數形式變化。
  • BUCK DC-DC變換器臨界電感計算簡析
    無論是自動化控制還是電動汽車應用研發，亦或者是電源管理領域，BUCK DC-DC變換器都是一種應用頻率非常高的重要元件。對於新人工程師來說，牢牢掌握BUCK DC-DC變換器的基礎架構和運行原理，對以後的新產品設計工作有很大的幫助。
  • 增強電源設計中PFC段性能的方法
    對於較低功率的應用而言，臨界導電模式(CrM)(也稱作邊界、邊界線甚至是瞬態導電模式)通常是首選的控制技術。這種控制技術簡單，市場上有採用這種技術的不同的商用控制器，容易設計。然而，高輸入電壓時，如果輸入和輸出電壓之間的差距小，PFC段會變得不穩定。本文將說明解決這種問題的方法。PFC段一個更加常見的問題是通常發生在啟動時的大電流過衝，而不論採用的是何種控制技術。
  • 電源沒有pfc會有什麼後果? 淺論pfc對電源的重要性
    電源沒有pfc會有什麼後果?但在實際應用中，電路中會有大量的電阻、電感和電容，在同一時刻都會有負載，也就會產生不同方向的「能量」。因此，所有的正向能量，我們稱其為「實際功率」，而反向回流電網的能量則稱之為「無用功率」，那麼「實際功率」與「無用功率」的綜合，就是之前我們所說的「視在功率」。 　　但正如我們之前所提到的，「功率因數」實際上就是「實際功率」與「視在功率」的比值。
  • 用於PFC的交錯式升壓轉換器的優勢
    採用交錯式升壓級可以降低功率因數校正預調節器功率轉換器輸入及輸出紋波電流，從而縮小升壓電感器尺寸並降低輸出電容的電氣應力。　　用於 PFC(功率因數校正)預調節器的最常見的拓撲結構為升壓轉換器，該升壓轉換器有一個持續的輸入電流，您可以採用平均電流模式控制技術進行操作，使輸入電流可以跟蹤線電壓變化。圖 1 顯示了一款傳統的單級升壓轉換器。為了更方便地解釋電路工作情況，本文所指的均為直流輸入。ΔIL1 表示轉換器輸入端電感紋波電流變量，同時需要進行濾波處理使其符合 EMI 規範。
  • 將浪湧電流限制和PFC 結合應用於白色家電馬達
    圖 3 顯示了業界首款單芯雙相交錯式 PFC 預調節器——TI UCC28070 的簡化原理圖。交錯雙相相互之間的相位差為 180°，這樣則消除了波紋電流，從而可以使用更小的電磁幹擾 (EMI) 濾波器以及外觀更小巧的 PFC 輸出電容器。雙相交錯式拓撲結構、體積更小的元件是嵌入式馬達驅動電路的理想解決方案。交錯式 PFC 可滿足非常高的功率密度要求。
  • 600W 交錯式雙相轉移模式 PFC 轉換器—PR735
    1 引言本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/88272.htm　　PR735 是一款交錯式雙相轉移模式 PFC 轉換器PR735 設計旨在通過展示典型離線高功耗應用中 UCC28060 的性能來突出說明 UCC28060 的特性。UCC28060 包含了諸如 Natural Interleaving的創新性特性，並且可以用於多種應用，詳情請參見下面的 2.1 章節。
  • 如何選擇正確的PFC拓撲結構
    圖1 PFC工作模式概述a.臨界導電模式 (CRM) PFC - 由於控制的設計較為簡單，而且可與較低速升壓二極體配合使用，所以在較低功率應用中通常採用這方法。近年來，此方法獲創新的改進，提升了效率，MC33260 PFC 控制器提供跟隨升壓選項，通過使升壓轉換器的輸出電壓隨著線路電壓的變化而變化，降低了33%的 MOSFET 導電損耗，減小了43%的升壓電感尺寸。
  • 兩級式開關電源適配器方案研發之PFC設計
    筆記本電腦的開關電源適配器新產品研發工作，是目前國內電子工程師們的主要研發方向之一，也是應用新技術速度最快的研發領域之一，新產品的更新速度非常快。
  • NCP1601型功率因數校正控制器的原理及應用
    摘要：NCP1601型功率因數校正控制器可工作在不連續信號模式（DCM）和臨界傳導模式（CRM）二種工作模式下。文中介紹NCP1601的結構和特點，詳細敘述其工作原理並給出一種典型應用電路。
  • 淺談如何實現開關頻率控制、負載和線路電壓優化
    要在極低功率條件下提供極高能效，這方案在中等功率等級的應用就必須非常審慎。本文將闡釋如何管理開關頻率以提供最優能效性能。文中將簡述電流控制頻率反走（CCFF）技術的原理。這種新方案在控制開關頻率方面極為有用，提供最優的平均能效及輕載能效等級。 　　臨界導電模式或不連續導電模式 　　開關損耗難於精確預測。