APFC控制芯片MC33368的典型應用及改进.doc

APFC控制芯片MC33368的典型应用及改进 刘艳芳 张波 (华南理工大学电力学院 广州 510640) 摘 要：本文介绍了控制芯片MC33368在APFC电路中的典型应用，由此提出相应的改进方案。该芯片采用了峰值电流控制技术，零电流检测功能实现了电路的DCM/CCM临界工作模式，并具有外围电路简单、成本低、功率密度高、效率高，可靠性高的特点。 关 键 词： MC33368；APFC；控制电路 0．引言 为了限制各种电力电子装置对电网的谐波污染，最有效的措施就是有源功率因数校正(APFC)技术。有源功率因数校正的核心是如何实现对开关管的控制。常用AC-DC开关变换器实现APFC的方法基本上有三种，即电流峰值控制、电流滞环控制和平均电流控制，但在实际应用中较多采用电流峰值控制和平均电流控制。目前，实现这些控制都采用专用控制芯片，较有代表性峰值电流控制芯片MC33368[1]，MC34261和L6561，其中MC33368具有较少的外围电路结构简单工作可靠，体积小MC34261相比，在线电压过零时，电流跟随效果有了显著改善。但实际应用中，仍然存在一些需要改进的地方。 为此，本文在实现MC33368在APFC电路中的典型应用的基础上，通过外围电路的改进，提出了一些实用的改进方案。改进后的方案将对保护功能的实现，可靠性的提高，输出特性的改善有很好的利用价值。以利于它在中小功率PFC电源中的广泛应用。 MC33368控制的电流临界连续型Boost PFC电路,其工作原理可叙述如下[2]：检测电感电流，与基准相比较，当电流达到正弦基准电流（为输入电压信号与电压环误差放大器输出的乘积） 时，产生一个关断信号断开MOSFET，随之电感电流下降，当电路检测到这一电流过零时，产生一个开通信号开通MOSEFT，从而保持电感电流始终工作于连续和断续的临界状态，如图2所示。 。 图1： 临界连续型Boost PFC电路 图3是 MC33368内部控制结构。开关管的电流Is也就是电感电流被检测，所得信号Current Sense送入PWM比较器，电流基准值由乘法器的输出值供给。乘法器有两个输入信号一个是输出电压检测值FB与基准电压Vref之间的误差信号Comp（经过电压误差放大器）；另一个为输入电压检测值Mult，Mult的波形为双半波正弦电压波形（100Hz）。因此电流基准就为双半波正弦电压，令电感（输入）电流的峰值包络线跟踪输入电压的波形。使输入电流与输入电压同相位，并接近正弦。闭环系统中的电压环由分压器、电压误差放大器、乘法器、电流比较器及驱动器（图4标记的更清楚）组成。因此，在保持输入端功率因数接近1的同时，也能保持输出电压稳定。 图2： 电感电流和MOSFET驱动波形 图3：MC33368 功能模块图 图4是一个MC33368控制的400w 具有PFC电源电路。 图4：MC33368控制的400W PFC电源电路 2．改进方案 MC33368在实际应用中存在以下不足： 软启动开关管电流应力较大。 上电启动或由保护状态恢复过程中，由于PFC输出电压未建立，电压环Comp为饱和输出，相应Comp与Mult相乘所得的电流基准很大，从而造成功率管的电流应力较大。 为解决该问题，一方面通过设置合理的启动时序，使后级DC/DC变换落后于PFC电路启动，即当PFC电路启动一段时间，PFC输出电压上升至正常值后，再启动DC/DC部分；这样可保证PFC电路的空载启动，从而减小启动过程中功率管的电流应力。 实际电路中通过以下措施来实现：一是设置PFC输出欠压保护，即当PFC输出电压达到正常值以后，再启动DC/DC；二是设置DC/DC保护电路的恢复延时大于PFC保护电路的恢复延时，实现PFC电路的空载启动；三是加入由D4，C7，R3，R4，Q1组成的软启动电路（见图5），该电路可限制每次启动过程中电压环输出电压上升斜率，从而限制了电流基准，也就限制了启动过程中功率管的峰值电流。在PFC输出空载的情况下，可在软启动电路退出工作前使PFC输出电压达到正常值，完成启动过程，保证功率管的安全工作，以下计算软启动电容的取值。 由MC33368芯片手册知，当环境温度为25℃时，电压环的快速启动充电电流为1.1mA，当电压环输出2V以上时，开始出控制信号，设启动过程为50ms，电压环输出变化量控制在0.5V内，则有： C=i*Δt/ΔU=1.1*10-3*50*10-3/0.5=110uF C7取为100uF/16V。 软启动电路本身的充电时间常数要求远大于电压环的时间常数，实际取电阻R3为13K，其时间常数为。RC=13*103*100*10-6=1.3S 电压环带宽合理设置。 应综合考虑模块