基于IC控制器FAN4810的500WPFC電源的設計

摘要：介紹了PFC控制器FAN4810的主要特性，同時給出了基于FAN4810的500W高性能PFC預調節(jié)器的設計程序與方法。

關鍵詞：FAN4810；PFC變換器；電路設計

0 引言

將基于功率因數控制器的有源功率因數校正（PFC）預調節(jié)器應用于分布式電源系統(tǒng)的前端時，能使非線性負載呈現純電阻性，迫使橋式整流器的輸入電流正比于輸入電壓，并且與線路電壓保持同相位，因而線路功率因數幾乎達到1。有源PFC預調節(jié)器的DC輸出電壓必須高于AC線路電壓的峰值。對于270V的AC最高輸入線路電壓，PFC升壓變換器的DC輸出穩(wěn)定電壓通常是385V或400V。基于美國飛兆半導體公司功率因數控制器FAN4810的PFC升壓變換器，有著寬輸入電壓范圍和寬輸出功率電平，符合IEC1000-3-2規(guī)范和UL1950標準，具有超快速PFC響應。本文簡要介紹了PFC控制器FAN4810的主要特點，給出了完整的應用電路，重點介紹了利用FAN4810控制器的500WPFC預變換器設計。

1 FAN4810的基本結構及主要特點

FAN4810采用16引腳DIP和16引腳SOIC封裝，芯片電路組成框圖如圖1所示。

圖1 FAN4810芯片電路組成框圖

FAN4810是一種平均電流、連續(xù)升壓前沿PFC控制器，其主要特點如下：

1）含有Tri-faultDetect^TM功能，符合UL1950安全標準。萬一反饋通路失效，反饋腳V_FB上電壓太高、太低或開路，三故障（Tri-fault）檢測電路將終止PFC驅動；

2）壓擺率增強的跨導電流誤差放大器（IEA），提供超快速PFC響應；

3）內置增益調制器，并且有3個輸入，即AC線路電流參考輸入I_AC、AC線路電壓檢測輸入V_RMS和PFC輸出電壓反饋誤差放大器（VEA）輸出V_EAO，這種3輸入增益調制器，對PFC起核心控制作用；

4）帶有輸出過電壓保護（OVP）、輸入電壓過低（brown-out）保護、V_CC欠壓鎖定（UVLO）、峰值電流限制和軟啟動功能；

5）帶開/關PWM時鐘輸入（腳CLKSD）和同步時鐘輸出（腳CLKOUT）；

6）V_CC啟動門限為13V，關閉門限是10.8V，啟動電流約200μA，在V_CC=15V下的工作電流約5.5mA；

7）柵極驅動電流容量達±1A。

2 應用電路與設計

2.1 應用電路及操作

圖2示出了由FAN4810組成的一個500W有源PFC升壓變換器電路。

圖2 基于FAN4810的500WPFC預變換器電路

在接通AC線路電源后，當電容C₁₅通過R₁₃和R₁₄被充電到13V時，FAN4810啟動。啟動時，在PFC開關Q₁導通之前，為保證PFC操作，通過二極管D₂的電流迅速對C₅充電到AC線路電壓峰值。當Q₁關斷時，C₅上電壓經L₁升壓至400V。升壓電感器L₁的輔助繞組及D₃，D₄，C₁₂，C₁₆和R₁₀，C₁₅組成的全波整流濾波電路，為FAN4810腳V_CC提供15V的DC工作電壓。Q₄，R₁₆和C₂₀等組成軟啟動電路，FAN4810誤差放大器輸出V_EAO被迫跟隨Q₄對C₂₀充電。當C₂₀被充電至VREF（7.5V）時，Q₄截止。

2.2 設計程序與方法

2.2.1 PFC升壓變換器基本參數

圖2所示的PFC升壓變換器電路主要參數為：

輸出功率 P_o=500W；

最低AC線路電壓 V_MIN=80V；

最高AC線路電壓 V_MAX=264V；

DC輸出電壓 V_o=400V（正常值），最小值V_o(MIN)=300V；

變換效率 η=0.93；

開關頻率 f_s=100kHz；

總電流諧波失真 THD=5％。

2.2.2 主要電路和元件參數選取

根據PFC變換器的技術條件和FAN4810的電氣特性，可以確定主要元件的選取。

2.2.2.1 升壓電感器L₁電感值的確定

PFC變換器在連續(xù)導通模式（CCM）下工作，最大峰值AC線路電流I_IN（PK）為

I_IN(PK)===9.5A

高頻電流峰—峰值ΔI可按I_IN(PK)的20％來處理，即ΔI=9.5A×20％=1.9A。通過L₁的最大電流為

I_L(MAX)=I_IN(PK)＋ΔI/2=9.5A＋1.9A/2=10.45A

開關占空因數D為

D==0.717

L₁的電感值可由式（1）確定。

L= （1）

將相關數據代入式（1）得到L=426μH，可選擇420μH（電流容量為10A）。