台达開關電源基本原理与設計介紹

開 關 電 源 基 本 原 理 与 設 計 介 紹 Summaryn 基 本 原 理 介 紹n 開 關 電 源 中 的 相 關 設計 基 本 原 理 介 紹 DC-DC變 換 器 主 要架 构 及 其 拓 補 EMI 部 分 PFC 部 分 同 步 整 流 部 分 均 流 技 術 保 護 与 控 制 線 路 SPS基 本 原 理 框 圖 基 本 原 理 簡 介 一 般 由 三 部 分 組 成 :一 是 輸 入 回 路 .二 是 輸 出 回 路 .三 是 控 制 回 路 . 輸 入 回 路 由 EMI濾 波 電 路 .高 壓 整 流 濾 波 .隔 離 變 壓 器 初 級 和 高 壓 方 波 切 割 元件 所 組 成 ， 其 與 電 網 直 接 連 接 高 電 壓 .輸 出 回 路 由 隔 離 變 壓 器 次 級 .低 壓 整 流 濾 波電 路 所 組 成 ， 其 與 控 制 回 路 都 由 低 壓 電 子 元 器 件 組 成 .輸 入 回 路 與 輸 出 回 路 兩 者間 採 用 隔 離 變 壓 器 進 行 隔 離 確 保 人 身 與 低 壓 電 子 器 件 之 安 全 ， 這 樣 不 僅 達 到 高低 電 壓 隔 離 ,還 做 到 高 低 電 壓 的 轉 換 功 能 . 工 作 原 理 交 流 輸 入 電 壓 (AC)經 EMI濾 波 電 路 濾 波 一 些 電 網 來 的 干 擾 與 雜 訊 後 , 直 接 予以 整 流 與 濾 波 得 到 高 壓 直 流 (DC).再 將 直 流 高 壓 進 入 方 波 切 割 器 件 (MOSFET)中 ,切 割 成 20200KHZ的 高 頻 電 壓 方 波 信 號 .該 方 波 信 號 進 入 隔 離 變 壓 器 初 級 ,而 由 次級 所 感 應 出 的 低 壓 交 流 電 勢 經 整 流 濾 波 後 ,得 到 低 壓 穩 定 直 流 輸 出 ,供 給 負 載 .不 管輸 入 電 壓 有 無 變 化 或 輸 出 負 載 是 否 變 動 ,都 要 保 持 輸 出 直 流 電 壓 的 穩 定 .因 此 ,經 直流 輸 出 監 控 電 路 對 輸 出 電 壓 加 以 監 控 ,並 把 信 號 回 饋 給 PWM邏 輯 控 制 電 路 調 整 占 空 比 .從 而 調 整 輸 出 電 壓 達 到 穩 定 效 果 .當 負 載 發 生 故 障 (如 :短 路 ,過 載 等 )時 可 通 過保 護 電 路 把 信 號 迅 速 回 饋 給 PWM邏 輯 控 制 電 路 使 方 波 切 換 元 件 停 止 工 作 ,達 到 保護 的 功 能 . Boost DC-DC變 換 器 主 要 架 构peak drain current .peak drain voltage 2. Boost (step up) Ideal transfer function Diode voltages (vrm Average diode currents Boost變 換 器 工 作 狀 態 Boost DC-DC變 換 器 主 要 架 构DPS-350MB A BOOST CIRCUIT Buck DC-DC變 換 器 主 要 架 构1.Buck (step down) peak drain current Ideal transfer function peak drain voltageAverage diode currents Diode voltages (vrm) Buck變 換 器 工 作 狀 態 Buck變 換 器 工 作 原 理 當 S關 閉 時 ,電 流 就 會 順 向 地 流 經 電 感 器 L,此 時 在 負 載 上 就會 有 帶 極 性 的 輸 出 電 壓 產 生 ,如 上 面 圖 2所 示 ,當 開 關 打 開 時 ,電感 器 L會 改 變 磁 場 ,二 級 体 D則 為 順 向 偏 壓 狀 態 ,因 此 在 電 容 器 C中 就 會 有 電 流 流 過 ,因 此 在 負 載 RL上 輸 出 電 壓 的 極 性 仍 是 相 同的 ,一 般 我 們 稱 此 二 級 体 D為 飛 輪 二 級 体 . 由 于 此 種 轉 換 動 作 ,使 得 輸 出 電 源 是 一 种 連 續 而 非 脈 動 電 流形 式 ,相 對 的 由 于 開 關 S在 ON/OFF之 間 改 變 ,所 以 輸 入 電 流 則 為不 連 續 形 式 ,也 就 是 所 謂 的 脈 動 電 流 形 式 . Buck DC-DC變 換 器 主 要 架 构n 實 際 舉 例 DPS-350MB A BUCK CIRCUIT Buck&Boost DC-DC變 換 器 主 要 架 构Voltage and current waveforms Buck Boost BUCK-BUST(FLYBACK)變 換 器n 原 理 圖 BUCK-BUST(FLYBACK)變 換 器n 工 作 狀 態 BUCK-BUST(FLYBACK)變 換 器n 工 作 原 理 當 電 路 中 的 開 關 S關 閉 時 ,電 流 就 會 流 經 電 感 L,並 將 能 量 儲 存于 其 中 ,由 于 電 壓 極 性 的 關 系 ,二 級 体 D是 在 逆 向 偏 壓 狀 態 ,此 時 負載 電 阻 RL上 就 沒 有 電 壓 輸 出 . 當 開 關 S打 開 時 ,由 于 磁 場 的 消 失 ,電 感 L呈 逆 向 極 性 ,二 級 体 D為 順 向 偏 壓 ,環 路 中 則 有 Ic感 應 電 流 產 生 ,因 此 負 載 RL上 的 輸 出 電壓 极 性 正 好 和 輸 入 電 壓 极 性 相 反 ,由 于 開 關 ON/OFF的 作 用 ,使 得 電感 器 的 電 流 交 替 地 在 輸 入 与 輸 出 間 ,連 續 不 斷 的 改 變 其 方 向 ,不 過這 二 者 電 流 都 是 屬 于 脈 動 電 流 形 式 . 所 以 該 變 換 器 電 路 中 ,當 開 關 是 在 導 通 周 期 時 ,能 量 是 儲 存 在電 感 器 裏 ,反 之 ,當 開 關 是 在 打 開 周 期 時 能 量 會 轉 移 至 負 載 上 . Isolated Forward DC-DC變 換 器 拓 補3. Isolated Forward Ideal transfer function Peak drain current Peak drain voltage Average diode currents Diode voltages (vrm) Isolated Forward 工 作 原 理 由 于 該 轉 換 器 中 使 用 的 隔 离 元 件 是 一 個 真 正 的 變 壓 器 ,因 此為 了 獲 得 正 确 有 效 的 能 量 轉 移 ,必 須 在 輸 出 端 有 電 感 器 ,作 為 次 級感 應 的 能 量 儲 存 元 件 .而 變 壓 器 的 初 級 繞 組 和 次 級 繞 組 有 相 同 的極 性 . 當 電 晶 體 Q1在 ON時 ,初 級 繞 組 漸 漸 會 有 電 流 流 過 ,并 將 能 量轉 移 至 輸 出 ,且 同 時 經 由 順 向 偏 壓 二 級 体 D2,儲 存 与 電 感 器 L中 ,此時 的 二 級 体 D3為 逆 向 偏 壓 狀 態 .當 Q1換 成 OFF狀 態 時 ,變 壓 器 的 繞組 電 壓 會 反 向 ,D2二 級 体 此 時 就 處 于 逆 向 偏 壓 的 狀 況 ,此 時 与 飛 輪二 級 体 D3則 為 順 向 偏 壓 ,在 輸 出 回 路 上 有 導 通 電 流 流 過 ,並 經 由 電感 器 L,將 能 量 傳 導 至 負 載 上 . 變 壓 器 上 的 第 三 個 繞 組 与 D1互 相 串 聯 在 一 起 ,可 達 到 變 壓 器消 磁 的 作 用 ,如 此 可 避 免 Q1在 OFF時 ,變 壓 器 的 磁 能 會 轉 回 至 輸 入直 流 匯 流 排 上 . Forwardn 實 際 舉 例 300LB A FORWARD CIRCUIT Isolated Flyback DC-DC變 換 器 拓 補4. Isolated Flyback Ideal transfer functionPeak drain current Peak drain voltage Diode voltages (vrm) Average diode currents Isolated Flyback 工 作 原 理當 電 晶 體 Q1導 通 時 ,變 壓 器 的 初 級 繞 組 漸 漸 會 有 初 級 電 流 流過 ,並 將 能 量 儲 存 与 其 中 ,由 于 變 壓 器 扼 流 圈 的 輸 入 与 輸 出 繞 組 ,其極 性 是 相 反 的 ,因 此 二 級 体 被 逆 向 偏 壓 ,此 時 沒 有 能 量 轉 移 至 負 載 ,當 電 晶 體 不 導 通 時 ,由 于 磁 場 的 消 失 導 致 繞 組 的 極 性 反 向 ,此 時 二級 体 D會 被 導 通 ,輸 出 電 容 器 C會 被 充 電 ,負 載 RL上 有 IL的 電 流 流 過 .由 于 此 種 隔 离 元 件 的 動 作 就 象 是 變 壓 器 与 扼 流 圈 ,因 此 在 反 擊式 轉 換 器 輸 出 部 分 ,就 不 需 要 額 外 的 電 感 器 了 ,但 是 在 實 際 應 用 中 ,為 了 抑 制 高 頻 的 轉 換 電 訊 波 尖 ,還 是 會 在 整 流 器 与 輸 出 電 容 之 間 加裝 小 型 電 感 器 . Flybackn 實 際 舉 例DPS-200PB-135 B FLYBACK CIRCUIT Voltage and current waveformsForward FlybackForward&Flyback DC-DC變 換 器 拓 補 n TWO- SWITCH FORWARD Ideal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltageAverage diode currentsAverage diode currentsTow Switch Forward DC-DC變 換 器 拓 補 DC-DC變 換 器 拓 補Voltage and current waveforms 實 際 舉 例 DC-DC變 換 器 拓 補n HALF BRIDGE Ideal transfer function Peak drain current Peak drain voltage Average diode currents Diode voltages (vrm) DC-DC變 換 器 拓 補n FULL BRIDGE Ideal transfer function Peak drain current Peak drain voltageAverage diode currentsDiode voltages (vrm) DC-DC變 換 器 拓 補n Voltage and current waveforms HALF BRIDGE FULL BRIDGE FULL BRIDGE circuit DPS-1001AB C FULLBRIDGE CIRCUIT 零 電 流 開 關 變 換 器n 軟 開 關 ZCS變 換 器 在 大 功 率 的 開 關 電 源 中 ,為 了 降 低 電 路 的 開 關 損 耗 及 提 高 開 關 器 件 的 電 壓 應力 和 電 流 應 力 ,軟 開 關 技 術 也 就 得 到 了 研 究 並 得 到 了 迅 速 發 展 .所 謂 軟 開 關 通常 指 的 是 零 電 壓 開 關 ZVS和 零 電 流 開 關 ZCS.軟 開 關 的 實 現 主 要 是 借 助 于 附 加的 電 感 L和 電 容 C的 諧 振 ,使 開 關 器 件 中 電 流 (或 電 壓 )按 正 弦 規 律 來 變 化 ,當 電 流過 零 時 ,使 器 件 關 斷 ,當 電 壓 下 降 到 零 時 ,使 器 件 導 通 .此 次 討 論 零 電 流 開 關 變 換器 - ZCS-PWM.ZCS-PWM變 換 器 是 ZCS-QRC和 PWM開 關 變 換 器 的 綜 合 ,同 時 兼 有 二 者 的 特 點.在 一 個 周 期 內 ,電 路 有 時 以 ZCS準 諧 振 方 式 運 行 ,有 時 又 以 PWM方 式 運 行 .以Buck ZCS-PWM為 例 ,對 此 電 路 的 工 作 過 程 進 行 討 論 和 分 析 . 基 本 電 路n BUCK 變 換 器 基 本 電 路在 此 電 路 中 將 開 關 S用 零 電 流 諧 振 開 關 代 替 后 ,就 构成 了 下 圖 的 零 電 流 開 關 諧 振 Buck變 換 電 路 . 基 本 變 換 電 路n BUCK ZCS-QRS變 換 電路在 Buck ZCS-QRS變 換 電 路 的 基 礎 上 增 加 一 個 功 率 開 關 管 Q2以 及 與 其 反 并 聯 的 二 極 體 D2就 构 成 了 Buck ZCS-PWM變 換 電路 . 基 本 變 換 電 路n Buck ZCS-PWM變 換 器 基 本 變 換 電 路n Buck ZCS-PWM變 換 器工 作 原 理 Lri 設 初 始 時 刻 主 開 關 管 Q1和 輔 助 開 關 管 Q2均 處 于 關 斷 狀 態 ,輸 出 負 載 電 流 Io從 續 流 二 极 管 D上 流 過 ,電 容 Cr兩 端 的 電 壓 為 零 .一 個 開 關 從 主 開 關 管 Q1的 導 通開 始 .當 Q1在 Snubber電 感 Lr作 用 下 零 電 流 導 通 後 ,電 感 電 流 將 在 電 源 電 壓 作 用 下 線 性 上 升 ,當 上 升 倒 等 於 IO時 ,續 流 二 極 體 D關 斷 .之 後 ,D2導 通 ,LR與 CR諧 振 .經 過 半 個 諧 振 週 期 , 以 諧 振 方 式 再 次 達 到 IO, 以 諧 振 方 式 上 升到 ,此 時 由 於 輔 助 開 關 管 Q2處 於 關 斷 狀 態 ,故 與 將 保 持 在 該 值 上 ,無 法繼 續 諧 振 .這 個 狀 態 的 持 續 時 間 由 電 路 輸 出 的 PWM控 制 要 求 確 定 .如 果 這 一 段時 間 等 於 零 ,則 ZCS-PWM電 路 就 完 全 等 同 於 ZCS-QRC電 路 了 .當 電 路 的 輸 出PWM控 制 要 求 關 斷 主 開 關 管 Q1時 ,首 先 應 導 通 開 關 管 Q2(在 SNUBBER電 感 LR的 作 用 下 零 電 流 導 通 ),之 後 與 再 次 諧 振 .當 電 感 電 流 諧 振 到 零 時 ,二 極 體D1導 通 ,之 後 , 繼 續 向 反 方 向 諧 振 並 再 次 諧 振 到 零 .在 電 感 電 流 反 方 向 運 行 期 間 ,主 開 關 管 Q1可 在 零 電 流 零 電 壓 下 完 成 關 斷 過 程 .在 此 之 後 ,電 容 電 壓 將在 輸 出 電 流 的 作 用 下 線 性 衰 減 到 零 ,使 續 流 二 極 體 D自 然 導 通 ,直 到 下 一 個 開 關週 期 到 來 .輔 助 開 關 管 Q2可 以 在 D到 同 之 後 及 下 一 個 開 關 週 期 到 來 之 前 的 任 何inV LriLri crvinV2 Lri crvrLrCLri crV 以 下 分 析 都 是 在 下 列 條 件 成 立 時 進 行 的 :a.所 有 元 器 件 都 是 理 想 的 ,即 開 通 時 管 壓 降 為 零 ,關 斷 時 漏 電 流 為 零 ,開通 與 關 斷 瞬 間 完 成 .b.濾 波 電 感 足 夠 大 ,故 濾 波 器 及 負 載 在 一 個 開 關 週 期 中 ,可 用 其 值 等 於 該 週 期 輸 出 電 流 Io的 恆 流 源 代 替 . Buck ZCS-PWM 變 換 電 路 的 開 關 周 期 可 分 為 六 個 時 間 段 來 描 述 ,對應 于 六 種 基 本 的 電 路 拓 扑 模 式 ,如 下 圖 所 示 .設 電 路 初 始 狀 態 為 主 電 路開 關 Q1關 斷 ,輔 助 開 關 Q2關 斷 ,續 流 二 极 管 D導 通 ,輸 出 電 流 全 部 通 過 D續流 ,電 感 電 流 =0,電 容 電 壓 =0.工 作 過 程 分 析 . fL ff CL LRLri crv時 刻 ,以 零 電 壓 零 電 流 方 式 完 成 關 斷 過 程 . 從 上 述 工 作 原 理 可 看 出 ,在 ZCS-PWM電 路 中 ,所 有 開 關 管 及 二 極體 都 是 在 零 電 壓 或 零 電 流 下 完 成 通 斷 的 .同 時 ,電 路 可 以 以 恆 定 頻 率 通過 調 節 輸 出 脈 寬 占 空 比 來 調 節 輸 出 電 壓 . 各 時 間 段 的 電 路 拓 補 圖 主 要 電 量 波 形 半 橋 式 轉 換 器 介 紹n 雙 輸 入 電 壓 半 橋 式 轉 換器 二 个 主 要 优 點 ,第 一 点 就 是 它 能 在 數 放 交 流 电 压 115V或 230Vac的 工 作 情况 下 ,不 需 使 用 到 高 压 晶 体 管 .第 二 点 就 是 我 们 只 需 使 用 到 簡 單 的 方 法 就 能来 平 衡 每 一 轉 換 晶 体 管 的 伏 特 -秒 (volt-senconds)区 间 ,而 功 率 變 压 器 不 需有 間 隙 且 不 需 使 用 到 价 格 高 的 对 称 修 正 電 路 , 雙 輸 入 電 壓 半 橋 式 轉 換 器 在 半 橋 式 轉 換 器 結 構 中 ,功 率 變 壓 器 有 一 端 點 連 接 到 由 串 聯 電容 器 C1與 C2所 産 生 的 浮 點 電 壓 值 端 點 ,其 浮 點 電 壓 值 爲 Vin/2,所 以在 標 準 的 輸 入 電 壓 下 ,其 值 爲 160Vdc.變 壓 器 的 另 一 端 點 則 經 由 串聯 電 容 器 C3連 接 到 Q1的 射 極 與 Q2的 集 極 接 頭 處 ,當 Q1電 晶 體 ON時 ,此 處 變 壓 器 端 點 會 産 生 正 的 160V電 壓 脈 波 ,當 Q1電 晶 體 OFF,Q2電 晶體 ON時 ,變 壓 器 的 初 級 圈 會 極 性 反 轉 ,因 此 ,會 産 生 負 的 160V電 壓 脈波 ,在 這 Q1與 Q2電 晶 體 ON-OFF動 作 中 ,其 産 生 的 峰 對 方 波 電 壓 值 爲320V,經 由 變 器 轉 換 降 低 爲 次 級 電 壓 ,再 經 過 整 流 ,濾 波 而 得 到 直 流輸 出 電 壓 .工 作 原 理 RCC(Ringing choke converter)電 路n RCC電 路 的 工 作 原 理 以 DPS-180KB-1 D 的 STANDBY電 路 為 例 如 圖 所 示 ,Q902的 控 制 极 (G极 )由 R914AR914C得 到 啟動 電 壓 后 ,Q902開 始 導 通 ,電 流 經 過 T901的 8,10腳 ,Q902的漏 源 极 和 R906到 地 ,同 時 T901開 始 儲 能 ,R906的 電 壓 也 同 時升 高 ,當 R906的 電 壓 達 到 一 定 值 的 時 候 ,Q901導 通 ,使 得Q902的 G极 電 壓 拉 低 ,Q902截 止 .在 Q902截 止 的 期 間 內 ,由 開關 變 壓 器 T901向 負 載 提 供 能 量 ,在 T901次 級 繞 組 的 電 流 經過 LC濾 波 后 得 到 直 流 輸 出 .當 Q901由 導 通 變 為 截 止 時 ,Q902再 次 導 通 ,如 此 反 复 的 循 環 ,形 成 自 激 振 蕩 . RCC電 路 舉 例 Input EMI Sectionn EMI的 定 義n EMI 的 產 生 和 傳 播 及處 理 方 式n 在 SPS中 的 架 構 模 型n EMI的 處 理 及 量 測 裝置n LISN的 原 理 與 使 用 n 開 關 電 源 的 雜 訊 分 析n EMI濾 波 器 的 組 成 元件 EMI的 定 義EMI:Electromagnetic interference 電 磁 干 扰EMI包 括 傳 導 (conduction)和 輻 射 (radiation)兩 個 部 分 .傳 導 EMI是 待 測 物 經 由 導 線 (電 源 線 )所 傳 遞 出 來 的 雜 訊 .輻 射 EMI是 直 接 由 開 放 空 間 傳 遞 的 . Input EMI Section 架 构 EMI的 產 生 傳 播 及 處 理 方 式 噪 聲 傳 遞 的 主 要 方 式 為 （ 1） 傳 導 耦 合 2） 公 共 阻 抗 耦 合 （ 3） 輻 射 耦 合 根 据 電 磁 干 扰 的 傳 播 途 徑 開 關 電 源 中 的 電 磁 干 扰 可 以 分 為 輻 射干 扰 和 傳 導 干 扰 兩 种 干 扰 可 以 相 互 轉 換 傳 導 干 扰 可 以 分 為 共 模 （ Common Mode CM） 干 扰 和 差 模（ Differential Mode DM） 干 扰 由 于 寄 生 參 數 的 存 在 以 及 開 關 電 源 中 開 關器 件 的 高 頻 開 通 和 關 斷 使 得 開 關 電 源 在 其 輸 入 端 （ 即 交 流 電 网 側 ） 產 生 較大 的 共 模 干 扰 和 差 模 干 扰 傳 導 EMI經 由 介 質 進 行 傳 導 因 此 在 電 路 上 經 常 是 加 濾 波 器 的 方 式 抑制 雜 訊 但 是 輻 射 EMI不 經 由 介 質 雜 訊 可 以 bypass EMI而 影 響 其 他 系 統 因 此 其 處 理 方 式 多 為 屏 蔽 （ shielding） 接 地 （ grounding） 濾 波 等 開 關 電 源 的 雜 訊 分 析 由 LISN所 取 得 的 雜 訊 中 ,都 包 含 有 CM雜 訊 (common-mode noise)及 DM雜 訊 (differential-mode noise)兩 個 分 量 CM雜 訊 由 CM雜 訊 電 流 產 生 ,DM雜 訊 有 DM雜 訊 電 流 產 生 .其 中CM雜 訊 電 流 ICM是 L,N相 對 于 接 地 線 共 同 的 雜 訊 ,而 DM雜 訊 電 流IDM是 直 接 經 L,N而 不 經 過 接 地 線 的 雜 訊 分 量 .此 兩 分 量 用 數 學表 示 如 下 : DMCMtotal III totalI 為 總 雜 訊 電 流 ,它 是 流 經 LISN的 50ohm阻 抗 所 產 生 的 雜 訊 電壓 50*totaltotal IV 開 關 電 源 的 雜 訊 分 析 CM雜 訊 電 流 與 DM雜 訊 電流 由 什 么 造 成 的 ? 根 据 前 人 的 實 驗 結 果 ,發現 CM雜 訊 主 要 是 由 Power MOSFET及 變 壓 器 上 的 寄生 電 容 及 雜 散 電 容 造 成的 .而 DM雜 訊 電 流 則 由 電源 電 路 初 級 端 的 非 連 續電 流 機 輸 入 端 濾 波 大 電容 (bulk capacitor)上的 寄 生 電 感 所 造 成 的 . EMI濾 波 器 的 組 成 元 件n 常 見 的 EMI濾 波 元 件 共 有 四 種 : CM電 感 DM電 感 X電 容 Y電 容1. CM電 感 CM電 感 是 將 兩 組 線 圈 繞 在 一 個 鐵 芯 上 製 成 的 .且 其 繞 線 的 方 嚮能 使 得 其 DM電 流 所 產 生 的 磁 場 HDM相 互 抵 消 , 而 對 CM電 流 而 言 ,由 于 其 是 對 地 而 言 的 ,因 此 兩 組 線 圈 可 看 成 是 L,N對 地 獨 立 電 感 ,其 所 產 生 的 磁 場 HCM是 相 同 方 嚮 的 . 同 時 由 于 DM的 磁 場 相 互 抵 消 的 關 系 ,CM電 感 比 較 不 易 飽 和 ,因此 一 選 用 u值 較 高 的 ferrite core作 為 鐵 芯 .2. DM電 感 DM電 感 的 濾 波 原 理 和 電 源 供 應 器 輸 出 端 的 濾 波 電 感 並 無 不 同 ,由 于 需 要 流 經 大 電 流 ,因 此 材 質 多 用 u值 較 低 的 powder core以 避 免 飽 和 . EMI濾 波 器 的 組 成 元 件3.X電 容 X電 容 是 跨 接 于 電 源 的 L,N兩 端 .一 般 為 金 屬 皮 鏌(metal film)為 材 質 ,其 容 值 規 格 為 0.015uF 0.1uF 0.22uF 0.33uF 0.47uF 0.68uF 最 大 為 1uF.4.Y電 容 Y電 容 扮 演 的 是 CM電 容 的 角 色 .其 最 大 的 特 點 是 以兩 個 為 一 組 而 存 在 .一 般 Y電 容 均 為 高 壓 陶 瓷 電 容 ,其 電容 容 值 較 小 ,從 470pF 1000pF 2200pF 3300pF到 最 大 為4700pF. Active Power Factor Correction ACIn Bridge + To PWMR L L1 D2 PFCControl PFC Section What is Power Factor Correction? 02 04 06 08 01 0 01 2 01 4 0 1 6 01 8 0 Voltage 0123456 789 CurrentV ( I N ) I ( I N ) V ( C A P ) 02 04 06 08 01 0 01 2 01 4 0 1 6 01 8 0 Voltage 01234567 89 CurrentV ( I N ) I ( I N ) WithoutPFCWithPFC PFC工 作 原 理How does PFC work? Cs CdLd DfS RRect.Ki KoRs Vref UC3854, UC3855 PFC section功 率 因 數 校 正 功 率 因 數 校 正 是 一 非 線 性 負 載 ,從 AC 電 壓 來 看 就 象 一 個負 阻 特 性 的 負 載 .對 于 一 個 電 阻 來 說 ,其 電 流 与 電 壓 同 相 位 并且 成 正 比 .所 以 功 率 因 數 是 一 非 線 性 負 載 .通 常 是 大 多 數 電 源的 輸 入 ,這 些 電 源 用 橋 式 整 流 和 輸 入 濾 波 電 容 來 補 償 .輸 入 濾波 電 容 最 大 充 電 結 果 導 致 短 暫 的 很 大 幅 度 的 電 流 脈 沖 流 過電 源 .而 不 是 同 電 壓 同 相 位 的 正 鉉 電 流 .這 樣 的 電 源 其 功 率 因數 小 于 一 .如 果 輸 入 電 流 被 這 樣 的 電 源 汲 取 ,其 功 率 因 數 將 小于 一 . 含 有 PFC工 能 的 IC ML4824 ML4824 的 PFC 部 分 采 用 升 壓 模 式 的 DC-DC 轉 換 器 實 現 了 輸 入 電 流同 輸 入 電 壓 同 相 位 并 且 成 比 例 .轉 換 器 的 輸 入 是 全 波 整 流 交 流 電 壓 ,用 于 跟隨 橋 式 整 流 起 器 ,所 以 升 壓 變 換 器 輸 入 電 壓 的 范 圍 從 零 到 交 流 電 壓 最 大 值又 回 到 零 ,.通 過 使 升 壓 變 換 器 滿 足 兩 個 同 時 存 在 的 狀 況 ,保 証 變 換 器 從 電源 電 壓 得 到 的 電 流 与 瞬 間 線 電 壓 一 致 就 成 為 可 能 .狀 況 之 一 是 升 壓 變 換 器的 輸 出 電 壓 必 須 設 定 的 高 于 線 電 壓 的 最 大 值 ,通 常 使 用 的 是 385VDC來 滿足 高 壓 的 275VACrms.另 一 狀 況 為 轉 換 器 在 任 一 給 定 時 刻 所 得 電 流 必 須 与線 電 壓 成 比 例 .第 一 個 要 求 通 過 對 轉 換 器 建 立 一 個 合 适 的 電 壓 環 可 以 被 滿足 .接 著 驅 動 電 流 誤 差 放 大 器 和 輸 出 驅 動 開 關 .第 二 個 要 求 通 過 運 用 整 流 過的 交 流 電 壓 來 調 制 電 壓 環 的 輸 出 來 滿 足 .這 樣 的 調 制 使 電 流 誤 差 放 大 器 來控 制 直 接 隨 輸 入 電 壓 而 變 化 的 電 源 轉 換 電 流 .為 了 阻 止 在 升 壓 電 路 必 然 會出 現 的 紋 波 通 過 電 壓 誤 差 放 大 器 產 生 失 真 ,電 壓 環 的 帶 寬 特 意 保 持 很 低 .最 終 目 的 是 調 整 PFC的 整 体 增 益 來 使 其 与 Vin的 平 方 成 反 比 ,從 而 使 系 統 在 交 流 輸 入 電 壓 變 化 時 的 傳 輸 線 性 化 . ML4824內 部 框 圖 管 腳 功 能1. IEAO: PFC跨 導 電 流 誤 差 比 較 輸 出 .用 于 控 制 PFC 占 空 比2. IAC: 輸 入 電 壓 的 采 樣 電 流 輸 入 .用 于 PFC控 制 .線 性 反 映 輸 入 電 壓 . 通 過 電 阻 采 樣 減 小 了 ground noise3. ISENSE: PFC 電 流 誤 差 比 較 器 的 sense current輸 入 .也 是 限 流 器 輸 入 . 該 點 電 壓 小 于 -1v, PFC輸 出 將 無 效 .4. VRAMS: PFC 級 輸 入 電 壓 幅 值 采 樣 .5. SS: 控 制 PWM軟 啟 動 的 外 部 電 容 連 接 點 .內 部 有 一 50uA電 流 源 提 供 電 容 充 電 電 流 .6. Vdc: PWM電 壓 回 授 輸 入 端 .即 PWM輸 出 電 影 誤 差 信 號 . 7. RAMP2: 電 流 模 式 時 為 來 自 PWMOUPUT變 壓 器 初 級 側 采 樣 電 流 輸 入 端 ,電 壓 模 式 時 為 來 自 PFC輸 出 的 PWM輸 入 端 . 8. RAMP1: 外 接 , .設 定 晶 振 周 期 .該 點 波 形 如 圖 . 9. DC I limite: PWM 限 流 比 較 器 輸 入 端 .該 端 電 壓 大 于 1v,則 PWM輸 出 將 無 效 ,直 到 下 一 個 PWM周 期 触 發 器 被 時 鐘 脈 沖 重 置 10. GND: 接 地 腳 . 11. PWM OUT:PWM驅 動 信 號 輸 出 端 . 12. PFC OUT: PFC驅 動 輸 出 . 13. VCC : 電 源 腳 . 14. VREF: 內 部 7.5v參 考 電 壓 緩 沖 器 輸 出 . 15. VFB: 來 自 PFC DC高 壓 輸 出 的 電 阻 分 壓 .VFB 大 于 2.7v,PFC輸 出 驅 動 被 關 掉 ,而 PWM繼 續 工 作 ,直 至 低 于 2.58v將 重 新 開 始 .作 為 PFC的 過 壓 保 護 用 . 16. VEAO: PFC跨 導 電 壓 誤 差 比 較 輸 出 . PFC sectionv v 晶 振 晶 振 頻 率 由 Rt,Ct決 定 ,它 們 決 定 了 晶 振 輸 出 時 鐘 脈 沖 的 上 升 和 關 閉時 間 :因 所 以當 時 PFC section 圖 圖 t t THE END