論文資料：apfc控制芯片mc33368的典型應(yīng)用及改進(jìn)

1、<p>　　APFC控制芯片MC33368的典型應(yīng)用及改進(jìn)</p><p><b>　　劉艷芳 張波</b></p><p>　　(華南理工大學(xué)電力學(xué)院 廣州 510640)</p><p>　　摘 要：本文介紹了控制芯片MC33368在APFC電路中的典型應(yīng)用，由此提出相應(yīng)的改進(jìn)方案。該芯片采用了峰值電流控制技術(shù)，零電流檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)

2、了電路的DCM/CCM臨界工作模式，并具有外圍電路簡(jiǎn)單、成本低、功率密度高、效率高，可靠性高的特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān) 鍵 詞： MC33368；APFC；控制電路</p><p><b>　　0．引言</b></p><p>　　為了限制各種電力電子裝置對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，最有效的措施就是有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)。有源功率因數(shù)校正

3、的核心是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)管的控制。常用AC-DC開(kāi)關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)APFC的方法基本上有三種，即電流峰值控制、電流滯環(huán)控制和平均電流控制，但在實(shí)際應(yīng)用中較多采用電流峰值控制和平均電流控制。目前，實(shí)現(xiàn)這些控制都采用專(zhuān)用控制芯片，較有代表性峰值電流控制芯片MC33368[1]，MC34261和L6561，其中MC33368具有較少的外圍電路、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，成本低、體積小的特點(diǎn)，與MC34261相比，在線電壓過(guò)零時(shí)，電流跟隨效果有了顯著改善。

4、但實(shí)際應(yīng)用中，仍然存在一些需要改進(jìn)的地方。</p><p>　　為此，本文在實(shí)現(xiàn)MC33368在APFC電路中的典型應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過(guò)外圍電路的改進(jìn)，提出了一些實(shí)用的改進(jìn)方案。改進(jìn)后的方案將對(duì)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，可靠性的提高，輸出特性的改善有很好的利用價(jià)值。以利于它在中小功率PFC電源中的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1．MC33368工作原理及典型應(yīng)用</p><p&g

5、t;　　參見(jiàn)圖1 MC33368控制的電流臨界連續(xù)型Boost PFC電路,其工作原理可敘述如下[2]：檢測(cè)電感電流，與基準(zhǔn)相比較，當(dāng)電流達(dá)到正弦基準(zhǔn)電流（為輸入電壓信號(hào)與電壓環(huán)誤差放大器輸出的乘積） 時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)關(guān)斷信號(hào)斷開(kāi)MOSFET，隨之電感電流下降，當(dāng)電路檢測(cè)到這一電流過(guò)零時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)通信號(hào)開(kāi)通MOSEFT，從而保持電感電流始終工作于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，如圖2所示。</p><p><b>

6、　　。</b></p><p>　　圖1： 臨界連續(xù)型Boost PFC電路</p><p>　　圖3是 MC33368內(nèi)部控制結(jié)構(gòu)。開(kāi)關(guān)管的電流Is也就是電感電流被檢測(cè)，所得信號(hào)Current Sense送入PWM比較器，電流基準(zhǔn)值由乘法器的輸出值供給。乘法器有兩個(gè)輸入信號(hào)一個(gè)是輸出電壓檢測(cè)值FB與基準(zhǔn)電壓Vref之間的誤差信號(hào)Comp（經(jīng)過(guò)電壓誤差放大器）；另一個(gè)為輸入

7、電壓檢測(cè)值Mult，Mult的波形為雙半波正弦電壓波形（100Hz）。因此電流基準(zhǔn)就為雙半波正弦電壓，令電感（輸入）電流的峰值包絡(luò)線跟蹤輸入電壓的波形。使輸入電流與輸入電壓同相位，并接近正弦。閉環(huán)系統(tǒng)中的電壓環(huán)由分壓器、電壓誤差放大器、乘法器、電流比較器及驅(qū)動(dòng)器（圖4標(biāo)記的更清楚）組成。因此，在保持輸入端功率因數(shù)接近1的同時(shí)，也能保持輸出電壓穩(wěn)定。</p><p>　　圖2： 電感電流和MOSFET驅(qū)動(dòng)波形&

8、lt;/p><p>　　圖3：MC33368 功能模塊圖</p><p>　　圖4是一個(gè)MC33368控制的400w 具有PFC電源電路。</p><p>　　圖4：MC33368控制的400W PFC電源電路</p><p><b>　　2．改進(jìn)方案</b></p><p>　　MC33368在實(shí)際

9、應(yīng)用中存在以下不足：</p><p>　　軟啟動(dòng)開(kāi)關(guān)管電流應(yīng)力較大。</p><p>　　上電啟動(dòng)或由保護(hù)狀態(tài)恢復(fù)過(guò)程中，由于PFC輸出電壓未建立，電壓環(huán)Comp為飽和輸出，相應(yīng)Comp與Mult相乘所得的電流基準(zhǔn)很大，從而造成功率管的電流應(yīng)力較大。</p><p>　　為解決該問(wèn)題，一方面通過(guò)設(shè)置合理的啟動(dòng)時(shí)序，使后級(jí)DC/DC變換落后于PFC電路啟動(dòng)，即當(dāng)PFC

10、電路啟動(dòng)一段時(shí)間，PFC輸出電壓上升至正常值后，再啟動(dòng)DC/DC部分；這樣可保證PFC電路的空載啟動(dòng)，從而減小啟動(dòng)過(guò)程中功率管的電流應(yīng)力。</p><p>　　實(shí)際電路中通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：一是設(shè)置PFC輸出欠壓保護(hù)，即當(dāng)PFC輸出電壓達(dá)到正常值以后，再啟動(dòng)DC/DC；二是設(shè)置DC/DC保護(hù)電路的恢復(fù)延時(shí)大于PFC保護(hù)電路的恢復(fù)延時(shí)，實(shí)現(xiàn)PFC電路的空載啟動(dòng)；三是加入由D4，C7，R3，R4，Q1組成的軟啟動(dòng)電路

11、（見(jiàn)圖5），該電路可限制每次啟動(dòng)過(guò)程中電壓環(huán)輸出電壓上升斜率，從而限制了電流基準(zhǔn)，也就限制了啟動(dòng)過(guò)程中功率管的峰值電流。在PFC輸出空載的情況下，可在軟啟動(dòng)電路退出工作前使PFC輸出電壓達(dá)到正常值，完成啟動(dòng)過(guò)程，保證功率管的安全工作，以下計(jì)算軟啟動(dòng)電容的取值。</p><p>　　由MC33368芯片手冊(cè)知，當(dāng)環(huán)境溫度為25℃時(shí)，電壓環(huán)的快速啟動(dòng)充電電流為1.1mA，當(dāng)電壓環(huán)輸出2V以上時(shí)，開(kāi)始出控制信號(hào)，設(shè)啟動(dòng)

12、過(guò)程為50ms，電壓環(huán)輸出變化量控制在0.5V內(nèi)，則有：</p><p>　　C=i*Δt/ΔU=1.1*10-3*50*10-3/0.5=110uF</p><p>　　C7取為100uF/16V。</p><p>　　軟啟動(dòng)電路本身的充電時(shí)間常數(shù)要求遠(yuǎn)大于電壓環(huán)的時(shí)間常數(shù)，實(shí)際取電阻R3為13K，其時(shí)間常數(shù)為。RC=13*103*100*10-6=1.3S<

13、;/p><p>　　電壓環(huán)帶寬合理設(shè)置。</p><p>　　應(yīng)綜合考慮模塊輸出穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求，設(shè)電壓環(huán)帶寬為15Hz，則補(bǔ)償電容容量取為：C=gM/(2*?*BW)*10-6=0.54 uF</p><p>　　其中：—環(huán)路帶寬，單位：Hz</p><p>　　—MC33368 內(nèi)部電壓誤差放大器跨導(dǎo)，單位：S</p>&l

14、t;p>　　取0.47uF/50V和0.1uF/50V電容并聯(lián)。</p><p>　?。?）PFC保護(hù)方式。</p><p>　　在本模塊中，當(dāng)保護(hù)信號(hào)生效時(shí)，通過(guò)Q1將MC33368的13腳（頻率鉗位）和電壓環(huán)輸出拉低，從而達(dá)到快速關(guān)斷控制信號(hào)的目的，同時(shí)保證保護(hù)狀態(tài)恢復(fù)時(shí)電路的軟啟動(dòng)。</p><p>　?。?）LEB 功能。</p><

15、;p>　　MC33368具有LEB（Leading Edge Blanking）上升沿消隱功能。通過(guò)芯片的LEB端口直接檢測(cè)功率管的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升沿處屏蔽電流檢測(cè)信號(hào)ISEN，以免發(fā)生因功率管開(kāi)通時(shí)的電流檢測(cè)信號(hào)的噪聲超過(guò)峰值電流基準(zhǔn)而導(dǎo)致功率管馬上又被關(guān)斷的情況。應(yīng)用時(shí)將LEB端口接至功率管的柵極即可。</p><p>　　圖5： MC33368芯片改進(jìn)控制線路</p>

16、<p>　　如果由于主板走線或者控制板走線導(dǎo)致MC33368芯片的LEB管腳有負(fù)壓，則會(huì)導(dǎo)致MC33368內(nèi)部基準(zhǔn)（其輸出在芯片的1腳）不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致PFC的輸出紋波會(huì)很大且不穩(wěn)定；隨著布局密度的增加，以及采用電流互感器作為MOSFET的電流檢測(cè)元件，均很容易在LEB上產(chǎn)生負(fù)壓，最直接，最保險(xiǎn)、可靠的辦法就是在MC33368的LEB管腳處加一個(gè)肖特基二極管來(lái)直接限制管腳處的負(fù)壓（這樣就不需要在MOSFET處加肖特基二極管了）

17、。如圖5中的D6所示。</p><p>　　圖5是MC33368芯片實(shí)際應(yīng)用中綜合考慮上述得到的改進(jìn)控制線路，并實(shí)際應(yīng)用于交流輸入為85VAC到300VAC的中小功率整流模塊中（75-1000W），結(jié)果表明，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，控制方式簡(jiǎn)單，很大程度提高了系統(tǒng)可靠性和電磁兼容能力。電路效率高，成本低，輸出電壓性能好。表1列出應(yīng)用在下面兩種電源中的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　表1兩種電源的技

18、術(shù)指標(biāo)</p><p><b>　　3．結(jié)論</b></p><p>　　本文在實(shí)現(xiàn)MC33368在APFC電路中的典型應(yīng)用的基礎(chǔ)上，通過(guò)外圍電路的改進(jìn)，提出了一些實(shí)用的改進(jìn)方案。</p><p>　　采用MC33368控制的APFC電源具有外圍電路簡(jiǎn)單、成本低、功率密度高、效率高、可靠性高的特點(diǎn)。典型應(yīng)用和改進(jìn)方案相結(jié)合，大大提高了電源的性能

19、指標(biāo)，功率因數(shù)達(dá)到0.999以上，總諧波畸變nⅢ 不大于3％，效率可達(dá)0.97。目前，這種APFC技術(shù)已經(jīng)在中小功率開(kāi)關(guān)電源、電子慎流器等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，對(duì)減少電網(wǎng)的諧波污染起到了一定的作用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　Motorola Advance Information About “High Voltage Gre

20、en-line Power Factor Controller “MC33368[M]:3-372-3-383.</p><p>　　張占松，蔡宣三 開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)，第一版，北京，電子工業(yè)出版社，1998年6月</p><p>　　Typical Application and Improvement of APFC IC MC33368 </p><p>

21、　　Liu Yanfang Zhuangbo</p><p>　　(Electric Power College ,South China University of Technology,Guangzhou, 510640)</p><p>　　Abstract: In this paper, typical application of IC NC33368 in APFC circu

22、it has been introduced, some improving case was presented.MC33368 take peak current control. Zero current detector to ensure DCM/CCM critical conduction operation MC33368 is optimized for high density power supplies requ

23、iring a minimum board area, reduced component count, low cost, high efficiency and high reliability.</p><p>　　Key words: MC33368；APFC；Control Circuit</p><p>　　作者簡(jiǎn)介：劉艷芳，女，江西萍鄉(xiāng)人，華南理工大學(xué)電力學(xué)院2003級(jí)工程碩