基于ZVS平均電流型500W大功率電路設(shè)計(jì)方案

1結(jié)構(gòu)原理

通常情況下，輸入電壓范圍寬的PFC升壓型轉(zhuǎn)換器由于其開關(guān)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(guān)(ZVS)技術(shù)則可大大減少功率MOSFET的開關(guān)損耗，從而較大地改善大功率PFC電路的工作效率。因此，設(shè)計(jì)時(shí)可以再用一個(gè)較小的MOSFET和一個(gè)電感儲(chǔ)能元件來(lái)完成ZVS功能，以將PFC的MOSFET管的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)換成有效的輸出功率。

FAN4822的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示。該器件的基本功能是提供功率因數(shù)校正，可對(duì)連續(xù)平均電流模式進(jìn)行控制的直流總線電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。與Micro Linear公司的PFC/PWM系列控制器件一樣，F(xiàn)AN4822也使用上升沿脈沖寬度調(diào)制的方法來(lái)減少系統(tǒng)的噪聲并使頻率同步到PWM中的一個(gè)下降沿，以實(shí)現(xiàn)盡可能高的直流總線電壓寬度。但是，F(xiàn)AN4822與Micro Linear公司的此類器件所不同的是：FAN4822將ZVS FET開關(guān)的控制電路集成到了FAN4822芯片之內(nèi)，因此，F(xiàn)AN4822所控制的開關(guān)損耗可以達(dá)到最小。

2 應(yīng)用電路

2.1 典型應(yīng)用電路

圖3是一個(gè)通過(guò)FAN4822來(lái)實(shí)現(xiàn)大功率PFC電路的輸出和控制部分電路的簡(jiǎn)單示意圖。圖中， Q1為用于PFC的主開關(guān)MOSFET管，而Q2則用來(lái)實(shí)現(xiàn)ZVS功能。對(duì)于每一個(gè)工作周期，Q2都在Q1之前導(dǎo)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(guò)L1的電流相等，把這一時(shí)刻定為t2。

當(dāng)L1中的電流和L2中的電流相等后，L1將停止為L(zhǎng)2再注入電流，此時(shí)L2中所聚集的電荷將流向Q2。也就是說(shuō)，從t2時(shí)刻開始，Q1上的電壓將開始下降，Q2上的電壓上升，直到t3時(shí)刻，Q1上的電壓降到其最低點(diǎn)而使Q2關(guān)斷并使Q1導(dǎo)通。這樣，對(duì)于儲(chǔ)能電感L1來(lái)說(shuō)，Q1實(shí)際上就起到了一個(gè)普通PFC開關(guān)的作用。然而，需要說(shuō)明的是：在Q1關(guān)斷期間，儲(chǔ)存在L2中的能量將通過(guò)D2完全地注入到儲(chǔ)能電容C1之中，從而達(dá)到零電壓開關(guān)(ZVS)補(bǔ)償?shù)哪康?。圖4所示是該電路的有關(guān)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(gè)500W的零電壓開關(guān)PFC電源電路。該電路能夠輸出400V的直流和開關(guān)電壓。電路設(shè)計(jì)中增加了一個(gè)TC4427放大器作為Q1的前級(jí)推動(dòng)，以進(jìn)一步增大Q1的輸出功率。L2的電感值選擇與負(fù)載的總線電壓VBUS、FAN4822的VRMS端的補(bǔ)償輸入電壓最小值VRMS(MIN)、電路的輸出功率POUT以及FAN4822的開關(guān)時(shí)間參數(shù)有關(guān)。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(shù)和選擇可參考圖5來(lái)設(shè)計(jì)。