基于UC3854的BOOST電路PFC變換器的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、基于 UC3854 的 BOOST 電路 PFC 變換器的設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)指標(biāo) 輸入電壓： 200VAC 250VAC 輸入頻率： 50Hz 輸出直流電壓： 400V 輸出功率： 500W 功率因數(shù)： 98% 輸入電流 THD ： 5% 2. 開(kāi)關(guān)頻率 綜合考慮效率和變換器體積，選取開(kāi)關(guān)頻率為 100KHz 原理圖 3. 電感 電感值大小決定了輸入端高頻紋波電流總量，可以根據(jù)計(jì)算出的電流紋波總量 I 來(lái)選 擇電感值。 電感值的確定從輸入正弦電流的峰值開(kāi)始， 而最大的峰值電流出現(xiàn)在最小電網(wǎng)電壓的峰 值處： Iline(pk)V2 P Vin(min) 3.54A 。 由上式可知，此時(shí)的最大峰值電

2、流為 通常選擇電感中的峰 -峰值紋波電流為最大峰值電流的 20% 左右，故有 I=707mA 。 電感值根據(jù)最低輸入電壓時(shí)半個(gè)正弦波頂部的峰點(diǎn)的電流來(lái)選擇，此時(shí) Vin2 200 282.8V , fS 100KHz 根據(jù)此處電壓和開(kāi)關(guān)頻率的占空比來(lái)選擇： D Vo Vin DVo L Vin D 由上式可得 L=1.17mH ，取 L=1.2mH 。 4. 輸出電容 涉及輸出電容的選擇因數(shù)有開(kāi)關(guān)頻率紋波電流、 維持時(shí)間是在電源關(guān)閉以 1550ms ?？筛鶕?jù)以下公 2 次紋波電流、直流輸出電壓、輸出紋 波電壓和維持時(shí)間等。 在本例中， 電容的選擇主要考慮維持時(shí)間。 后，輸出電壓任然能保持在規(guī)定

3、范圍內(nèi)的時(shí)間長(zhǎng)度，去典型值為 式確定（能量守恒） ： C 2 P t Co2 2 Vo V0(min) 可以選取 915 uF 的電解電 式中，取 t=64ms ， Vo（min ）=300 V。，可得 Co=914 uF ， 容。 5. 電感電流檢測(cè) 采用在變換器到地之間使用一檢測(cè)電阻。 一般選擇壓降為 1V 左右的檢測(cè)電阻， 此處選 擇 0.25 的電阻作為 RS, 在最壞的情況下（峰值電流達(dá)到原值1.25 倍）， 4.4A 的峰值電流 將會(huì)產(chǎn)生最大 1.1V 的壓降。 6. 峰值電流限制 UC3854 的峰值限制功能，在電感電流的瞬時(shí)值電流超過(guò)最大值，即 2 管腳低于低電 平時(shí)被激活，將

4、開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。電流限制值有基準(zhǔn)電壓初一電流檢測(cè)電阻的分壓來(lái)設(shè)置： RVRSRPK1 RPK 2 VREF 式中， RPK1和 RPK2是分壓電阻； VREF 值為 7.5V ； VRS是檢測(cè)電阻 RS 上的電壓值。通 過(guò)RPK2的電流大約為 1mA ，由上可知峰值電流限制在 4.4A ，RPK1取10 k，RPK2取1.5 k 。 7. 前饋電壓信號(hào) VFF 是輸入到平方器電路的電壓， UC3854 平方器電路通常在 1.4V4.5V 的范圍內(nèi)工 作。 UC3854 內(nèi)有一個(gè)鉗位電路，即使輸入超過(guò)該值，都將前饋電壓的有效值限制在 4.5 前饋輸入電壓分壓器有 3 個(gè)電阻 RFF1、RFF2、RFF

5、3，及兩個(gè)電容 CFF1 、CFF2 。因此它能進(jìn)行兩級(jí)濾波并提供分壓輸出。 分壓器和電容形成一個(gè)二階低通濾波器， 所以其直流輸出 是和正弦半波的平均值成正比。 前饋電壓 VFF 分壓器有兩個(gè)直流條件需要滿足。在高輸入電網(wǎng)電壓下，前饋電壓應(yīng)不高 于4.5V ，當(dāng)達(dá)到或超過(guò)此值時(shí)，前饋電壓被鉗制而失去前饋功能。在低輸入電網(wǎng)電壓時(shí)， 應(yīng)設(shè)置分壓器使前饋電壓等于 1.414V ，如果不到 1.414V 內(nèi)部限流器將使乘法器輸出保持 恒定。 選取分壓電阻 RFF1為900 k ，RFF2為 92.14 k ，RFF3為7.86 k。當(dāng)輸入電壓為 AC250V 的時(shí)候，直流電壓平均值為 225V ，此時(shí)

6、 V FF為1.77V ；當(dāng)輸入電壓為 AC200V 的時(shí)候，直流 電壓平均值為 160V ，此時(shí) VFF為 1.41V 。 8. 乘法器的設(shè)置 乘法器、 除法器是功率因素校正器的核心。 乘法器的輸出調(diào)節(jié)電流環(huán)用以控制輸入電流 功率因素提高。因此此乘法器的輸出是個(gè)表達(dá)輸入電流的信號(hào)。 與多數(shù)從輸出開(kāi)始到輸入的設(shè)計(jì)任務(wù)不同， 乘法器電路的設(shè)計(jì)必須從輸入端開(kāi)始。 乘法 器有三個(gè)輸入端：調(diào)節(jié)電流端 IAC（腳 6 ）、來(lái)自輸入的前饋電壓端 VFF（腳 8 ）、電壓誤差放大 輸出端 VVEA（腳 7 ），乘法器的輸出是電流信號(hào) I mo （腳5 ）： IKmI AC （VVEA 1） Imo2 VFF

7、 式中， Km=1 是常數(shù)。 9. 乘法器輸入電流 乘法器的輸入電流來(lái)自經(jīng) RVAC 的輸入電壓， 乘法器在較高電流下有較好的線性度， 但推 薦的最大電流是 0.6mA 。在高網(wǎng)電壓時(shí)， 電網(wǎng)電壓峰值是 354V ，腳6上的電壓是 6V ，用580 k 的電阻值得到的最大的值是 0.6mA ，因引腳 6上的電壓是 6V ，為使電路正常工作在輸入波 形VIN=0處， 需要一個(gè)偏置電流。在基準(zhǔn)電壓 VREF和腳 6之間接一個(gè)電阻 Rb1，IAC就能提供最 小偏置電流。 Rb1 RVAC 4 ，Rb1其值取為 150 k。 10. 乘法器輸出電流 KmI AC (VVEA 1) mo 2 VFF 乘

8、法器的最大輸出電流 Imo 出現(xiàn)在低電網(wǎng)線路輸入正弦波的峰值處。 I AC IN min RVAC 2 200 0.49mA 620K 此時(shí)， VVEA為 5V ，VFF2為2 。 由上可得， Imo 的最大值為 1.38mA 。 電流 ISET 是乘法器輸出電流的另一個(gè)限制點(diǎn)。不能大于3.75/ RSET ,可得最大值 RSET =2.715 k ，因此可選 2.7 k 。 為了形成電流環(huán)的反饋回路，乘法器的輸出電流Imo必須與一個(gè)正比與電感電流的電流 相加，形成負(fù)反饋。接在乘法器輸出和電流檢測(cè)電阻的電阻Rmo執(zhí)行這一功能，它使乘法器 的輸出端成為電感電流和基準(zhǔn)電流的求和結(jié)點(diǎn)。 I moRm

9、oiLRS 由上式可得 Rmo=3.84 k ，可選 3.9 k。 11. 振蕩器頻率 振蕩器的頻率由電容 CT和電阻 RSET來(lái)設(shè)定， RSET已知為 10 k 。開(kāi)關(guān)頻率 fs要設(shè)定為 100KHZ ，電容即由下式?jīng)Q定： CTR1S.E2T5f 所以 CT為4.6nF . 12. 電流誤差放大器的補(bǔ)償 1 ）計(jì)算電感電流下降時(shí)在檢測(cè)電阻兩端所造成的壓降，再除以開(kāi)關(guān)頻率： Vrs VLo RS 0.854V 5.2V ，誤差放大器的增益為： 此電壓必須等于 Vs 的峰峰值，即定時(shí)電容器上的電壓 VS Vrs 5.2V 0.854V 6.092 。 反饋電阻，設(shè) Rci =Rmo =0.8 k

10、 ，Rcz=G ca Rci =5 k VS 2 電流環(huán)穿越頻率： fci Vout RS RRcciz 15.9KHz 選 Ccz ，選擇 45 相位范圍，在環(huán)路穿越頻率處設(shè)置零點(diǎn)。 CCZ CZ 2fci RCZ 2.05nF 選擇 Ccp ，集電必須在 fs/2 上， CCP 2 fSRCZ 320pF 13. 電壓誤差放大器的補(bǔ)償 1.5% 分配做 Vff 輸入， 0.75% 到輸 THD 為5 ，選3% 的3次諧波交流輸入作為規(guī)范值。 出紋波電壓，或 1.5% 到Vvac 。留下 0.75% 分配到各種非線性器件。 （1 ）輸出紋波電壓：輸出紋波電壓由下式?jīng)Q定，式中fr 是2次諧波的

11、頻率： Pin V0( pk) 2 CO VO 2.176Vac （ 2）放大器增益的設(shè)置： Vopk 必須減少到電壓誤差放大器輸出所允許的紋波電壓，這就 是要設(shè)置誤差放大器在 2 次諧波頻率點(diǎn)上的增益，公式如下： Gva Vvao %Ripple 0.028 VO( pk) 3 ）反饋網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值：取 Rvi為 511 k 4 ）設(shè)置分壓電阻： 5 ）極點(diǎn)頻率 升壓級(jí)增益為： Cvf 2 Rvd 0.08uF r Rvi Gva VRvoi VVrreeff 10K Pin Xco GbstVvea Vo vea o 在放大器的響應(yīng)的極點(diǎn)上，誤差放大器增益由下式給出： 總得電壓環(huán)增益為： 為求出截止頻率， 變?yōu)椋?Gva Gv Pin Xcf Rvi Xco Xcf Vvea Vo Rvi 設(shè)Gv=1 ，求解fvi，Xco安排在1/ (2fCo),X cf安排在1/ (2fCf)，方程 Pin 2 7.84Hz Vvea Vo Rvi Co Cvf (2 ) 500K ，取 100K 。 Cvf 14. 前饋電壓濾波電容 這些電容確定了交流輸入電流上 Vff分配的3次諧波失真， 并確定所需衰減的總量。 整流 后的電網(wǎng)電壓 2 次諧波含量是 66.2% 。THD 是允許的總諧波失真百分比。 Gff %THD 0.023 66.2