無橋PFC

ID:140343 · 發表于 2016-9-25 11:56

咳咳，今天調3846的12V100A開關電源各種抽，糾結一天最后發現是驅動部分的問題，明天繼續坑。。。
借著郁悶的時間順便把1個月前做的無橋APFC方案給大家看看。
無橋PFC取消了整流橋所以能降低一些損耗，尤其是在低壓輸入情況下，不過這種拓撲會帶來難以解決的EMI問題。

窩經過思考又計劃制作另一款PFC（拓撲名圖騰柱PFC），采用2個IGBT和1個工頻整流橋也能實現相同的功能，而且成本更低，EMI問題更小，已經在設計階段，圖紙過段時間發出來給大家看，下面先介紹窩已經成功了的第一版無橋PFC。

本人為剛大二的學生水平有限，各位高手輕噴啊

實物圖和帶2.4kw負載的圖片：

帶800w載輸入234VAC時 PF有0.997
帶60w載輸入236VAC時 PF有0.863

設計指標輸入85-265VAC，輸出400VDC，最大輸出功率1.5kw，在85V輸入時也達到1.5kw

窩選擇UCC28019作為核心控制芯片，這是一款單周期平均電流控制的PFC芯片，單周期控制技術只需要采樣輸入電流和輸出電壓即可完成PFC功能，傳統的CCM模式的PFC芯片需要額外采樣輸入電壓的瞬時值和有效值，這倆在無橋PFC中很難直接采樣。因此單周期控制方案成為了首選。

UCC28019的開關頻率為固定的65KHz，對于這個1.5kw級別的應用正好，是在電感體積和開關損耗之間的一個不錯的平衡
芯片帶有超壓保護、開環保護、輸入電壓過低保護、過流保護、過熱保護等功能

比較難攻克的地方就是電流采樣，幸運的是ST公司的一片應用文檔已經給出了不錯的解決方案，在這里感謝他們！
圖來自ST公司的AN1606文檔

這里有L1和L2兩個電感，L1對功率管電流進行采樣，L2對二極管電流采樣，合成之后便是含有高頻成分的電感電流波形。
當AC上正下負的時候，當M2開啟時L1b和次級傳感了M2的電流，M2關閉之后L2則傳感了二極管波形
當AC上負下正的時候，當M1開啟時L1b和次級傳感了M1的電流，M2關閉之后 L1a和L1b產生了相反的磁通，互相抵消，此時L2傳感了二極管的電流波形
Q1的作用是為了防止L1的磁芯通過次級的二極管進行磁復位，防止輸出的信號含有復位電流成分
由了這個檢測方法，就可以準確的反應出電感電流的波形，從而提供給芯片進行功率因數校正

窩計算得到的電流采樣電阻為0.018歐，因此互感器就采用1：260的，而次級的負載電阻為4.7歐，較高的互感器初次級比有助于抵消二極管的非線性影響。兩個電流互感器用0.2的漆包線繞260圈，然后穿過粗漆包線制成，結構如下：

采用互感器之后，功率回路和信號回路更獨立，因此得到的電流信號更純凈

主功率電感和UCC28019的反饋和補償回路的設計與傳統的有橋PFC完全一致，因此可以方便的采用TI公司提供的excel表格進行快速計算。

為了降低EMC問題，輸出電感采用雙繞組耦合工藝，圈數和傳統PFC所需的一樣，只不過分成兩部分來繞：

窩的電感采用了1.8mm的漆包線繞制，因為是CCM的，所以高頻電流成分很少，基本能按照工頻標準選擇線徑
磁環采用90導磁率的77442

控制部分和功率部分的參數如下：

C401和C402用于提供高頻回路并降低EMC問題
D407和D408用于在啟動的時候給高壓電容充電，防止電流沖擊電感
繼電器用于在PFC正常工作之后短路啟動限流的NTC電阻，降低損耗

這是給控制電路供電的開關電源電路，AG_15V用于給軟起動電路、同步整流控制電路和低壓保護電路供電，電路采用了無光藕的形式，保證了AG_15V那路的輸出穩定，反激變換器有交叉調整問題，為了保證PFC芯片得到穩定供電，IC102充當了穩壓的作用。

下面介紹其他的一些控制電路
首先是低壓保護功能，防止在電網電壓過低時PFC輸入過大電流而燒毀

這部分電路利用NE555的鎖存和比較功能實現，需要結合NE555內部原理分析。輸入的AC經過整流濾波后進行檢測，當6腳電壓大于5腳電壓時輸出變為低電平，光藕得電工作，AC_GOOD信號傳遞給PFC芯片使之開始工作，當IC201A的5腳小于5.2V之后，2腳電壓變低，3腳輸出高電平關閉光藕，此時PFC芯片被禁止工作以達到保護目的。

然后是同步整流控制電路