沒(méi)有輸入電壓檢測(cè)是否可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正 (PFC) ？

1.前言

功率因數(shù)校正 (PFC) 強(qiáng)制輸入電流跟隨輸入電壓 (V IN )， 因此任何電氣負(fù)載看起來(lái)都像一個(gè)電阻器。此操作需要感測(cè)輸入電壓并基于該感測(cè)調(diào)制電流參考。電流環(huán)路將強(qiáng)制輸入電流跟隨參考。這稱為平均電流模式控制，如圖 1 所示。

圖 1：PFC 平均電流模式控制

我們可以在市場(chǎng)上找到許多使用這種平均電流控制算法的低總諧波失真 (THD) 的商用 PFC 控制器。然而，這些 PFC 控制器需要一個(gè)專用引腳來(lái)檢測(cè) V IN和一個(gè)用于電流參考調(diào)制的精密模擬乘法器。

另一種不需要 V IN感測(cè)但仍可提供平均電流模式控制的PFC 控制算法最近變得非常流行。TI 的 UCC28180 屬于該系列。

UCC28180是一個(gè)靈活和易于使用，8引腳，有源功率因數(shù)校正(PFC)控制器，工作在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下，實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)，低電流失真和卓越的電壓調(diào)節(jié)升壓前穩(wěn)壓器在AC - DC前端。該控制器適用于通用交流輸入系統(tǒng)，工作在100 w到少kw的范圍內(nèi)，開(kāi)關(guān)頻率可編程在18 kHz到250 kHz之間，方便地支持功率MOSFET和IGBT開(kāi)關(guān)。集成的1.5 a和2-A (SRC-SNK)峰值柵極驅(qū)動(dòng)輸出，內(nèi)部固定在15.2 V(典型)，可以快速開(kāi)啟，關(guān)斷，方便管理外部電源開(kāi)關(guān)，而不需要緩沖電路。

采用平均電流模式控制實(shí)現(xiàn)輸入電流的低失真波形整形，無(wú)需輸入線傳感，減少了外部元件計(jì)數(shù)。此外，該控制器具有降低的電流檢測(cè)閾值，以方便使用小值并聯(lián)電阻來(lái)減少功耗，這在高功率系統(tǒng)中尤為重要。為了實(shí)現(xiàn)低電流失真，控制器還具有調(diào)整內(nèi)部電流回路調(diào)節(jié)電路，以消除相關(guān)的不準(zhǔn)確性。

簡(jiǎn)單的外部網(wǎng)絡(luò)可以靈活地補(bǔ)償電流和電壓控制回路。此外，UCC28180提供了一個(gè)增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)電路，該電路基于電壓反饋信號(hào)，在快速負(fù)載瞬態(tài)下提供改進(jìn)的響應(yīng)，無(wú)論是輸出過(guò)壓還是欠壓條件。UCC28180中提供了一個(gè)獨(dú)特的VCOMP放電電路，每當(dāng)電壓反饋信號(hào)超過(guò)VOVP_L時(shí)，就會(huì)被激活，從而使控制回路有機(jī)會(huì)快速穩(wěn)定下來(lái)，避免在PWM關(guān)閉時(shí)遇到過(guò)電壓保護(hù)功能，這通常會(huì)導(dǎo)致聽(tīng)到噪聲。受控軟啟動(dòng)在啟動(dòng)過(guò)程中逐漸調(diào)節(jié)輸入電流，減少對(duì)電源開(kāi)關(guān)的壓力。許多系統(tǒng)級(jí)保護(hù)功能可在控制器包括VCC UVLO，峰值電流限制，軟過(guò)流，輸出開(kāi)環(huán)檢測(cè)，輸出過(guò)壓保護(hù)和開(kāi)腳檢測(cè)(VISNS)。修剪內(nèi)部參考提供準(zhǔn)確的保護(hù)閾值和調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)。用戶可以通過(guò)將VSENSE引腳拉到0.82 V以下來(lái)控制低功耗待機(jī)模式。

因?yàn)樗鼪](méi)有 V IN檢測(cè)引腳和精密模擬乘法器，所以它采用更小的封裝，從而降低了系統(tǒng)成本，并且非常易于使用。

但當(dāng)我們向設(shè)計(jì)師介紹 UCC28180 時(shí)，很多時(shí)候他們的第一反應(yīng)是：“什么？沒(méi)有 V IN感測(cè)？這是如何運(yùn)作的？” 在這篇文章中，我將嘗試回答這個(gè)問(wèn)題。

圖 2 顯示了 UCC28180 中使用的控制算法。一個(gè)低帶寬電壓環(huán)路調(diào)節(jié)輸出電壓。輸入電流測(cè)量為 V Iin并與鋸齒波 V ramp 進(jìn)行比較。V ramp的幅度與電壓環(huán)路輸出成正比。因?yàn)?/span> PFC 使用升壓拓?fù)?，所以輸入電壓信息已?jīng)存在，但被隱藏了。圖 2 所示的控制算法采用了隱藏信息。

圖 2：不帶 V IN感測(cè)的PFC

PWM 輸出信號(hào)始終在開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)以低電平開(kāi)始，由內(nèi)部時(shí)鐘觸發(fā)，如圖 3 所示。PWM 輸出保持低電平，直到 V ramp線性上升到與 V Iin電壓相交。V ramp /V Iin 的交點(diǎn)決定了開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間 t OFF。 

圖 3：PWM 生成

從圖 3：

這里 T 是切換周期。對(duì)于在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 下運(yùn)行的升壓轉(zhuǎn)換器：

結(jié)合方程式 1 和 2 可得出方程式 3：

電壓輸出V OUT在穩(wěn)定狀態(tài)下是一個(gè)常數(shù)。由于 PFC 電壓環(huán)路非常緩慢，因此 V ramp在穩(wěn)定狀態(tài)下也是一個(gè)常數(shù)。因此，輸入電流僅與 V IN成比例。如果 V IN為正弦波，則輸入電流必須為正弦波，以實(shí)現(xiàn)良好的 PFC。它看起來(lái)像魔術(shù)，不是嗎？