基于ZVS平均電流型500W大功率電路設計方案

1結構原理

通常情況下，輸入電壓范圍寬的PFC升壓型轉換器由于其開關損耗的增加，往往要損失很大的輸出功率。而使用零電壓開關(ZVS)技術則可大大減少功率MOSFET的開關損耗，從而較大地改善大功率PFC電路的工作效率。因此，設計時可以再用一個較小的MOSFET和一個電感儲能元件來完成ZVS功能，以將PFC的MOSFET管的開關損耗轉換成有效的輸出功率。

FAN4822的內部結構原理框圖如圖2所示。該器件的基本功能是提供功率因數校正，可對連續平均電流模式進行控制的直流總線電壓進行調節。與Micro Linear公司的PFC/PWM系列控制器件一樣，FAN4822也使用上升沿脈沖寬度調制的方法來減少系統的噪聲并使頻率同步到PWM中的一個下降沿，以實現盡可能高的直流總線電壓寬度。但是，FAN4822與Micro Linear公司的此類器件所不同的是：FAN4822將ZVS FET開關的控制電路集成到了FAN4822芯片之內，因此，FAN4822所控制的開關損耗可以達到最小。

2 應用電路

2.1 典型應用電路

圖3是一個通過FAN4822來實現大功率PFC電路的輸出和控制部分電路的簡單示意圖。圖中， Q1為用于PFC的主開關MOSFET管，而Q2則用來實現ZVS功能。對于每一個工作周期，Q2都在Q1之前導通，這樣，電流將從L1流向L2，從而使L2中的電流增加，直到與流過L1的電流相等，把這一時刻定為t2。

當L1中的電流和L2中的電流相等后，L1將停止為L2再注入電流，此時L2中所聚集的電荷將流向Q2。也就是說，從t2時刻開始，Q1上的電壓將開始下降，Q2上的電壓上升，直到t3時刻，Q1上的電壓降到其最低點而使Q2關斷并使Q1導通。這樣，對于儲能電感L1來說，Q1實際上就起到了一個普通PFC開關的作用。然而，需要說明的是：在Q1關斷期間，儲存在L2中的能量將通過D2完全地注入到儲能電容C1之中，從而達到零電壓開關(ZVS)補償的目的。圖4所示是該電路的有關波形。

圖5 基于FAN4822的500W PFC電路

2.2 基于FAN4822的500WPFC電路

圖5是由FAN4822組成的一個500W的零電壓開關PFC電源電路。該電路能夠輸出400V的直流和開關電壓。電路設計中增加了一個TC4427放大器作為Q1的前級推動，以進一步增大Q1的輸出功率。L2的電感值選擇與負載的總線電壓VBUS、FAN4822的VRMS端的補償輸入電壓最小值VRMS(MIN)、電路的輸出功率POUT以及FAN4822的開關時間參數有關。本電路中L2的電感值選擇8.5mH，C1則選擇330μF/450V的電容器。其余各主要元件的參數和選擇可參考圖5來設計。