UC3855高性能功率因数校正预调节器

　　电源转换器正朝着越来越高的功率密度的方向发展。通常，获得这种高功率密度的方法是提高开关频率，可以缩小滤波器组件的尺寸。但是，提升开关频率会极大地增加系统的开关损耗，而这种损耗会阻碍系统在高于100kHz的开关频率上运行。

　　1. 本文引言

　　为了在保持一定效率的同时增加开关频率，人们开发出了几种软开关技术(1、2和3)。大多数谐振技术都增加了半导体电流和/或电压应力，从而导致器件体积增大，并增加大环流带来的传导损耗。然而，一种新型转换器被开发了出来，其允许在没有增加开关损耗的情况提高开关频率，同时克服了谐振技术的大部分弊端。在实现主开关零电压开启和升压二极管零电流关闭的时候，零电压转换(ZVT)转换器工作在一个固定频率上。这仅仅是通过在开关转换期间运用谐振操作来实现的。在周期的剩余时间里，从根本上将谐振网络从电路中消除，而且转换器的运行同其非谐振部分完全一致。

　　同传统的升压转换器相比，这种技术带来了效率方面的提高，并可以在低应力下运行升压二极管(这是因为关闭状态下受控的di/dt)。二极管软开关还可以降低EMI(这是一个重要的系统考虑因素)。

　　有源功率因数校正将对转换器的输入电流进行编程以跟随线电压，并且有可能实现3% THD的0.999功率因数。Unitrode UC3855A/B IC集成了功率因数校正控制电路，该控制电路可以为高功率因数提供数个电流传感和功率级ZVT运行方面的增强特性。

　　UC3855集成了设计一款带有平均电流模式控制功能的ZVT功率级所需的所有控制功能。由于其能够在避免斜率补偿和其他方法(5、6)低噪声抗扰度的同时对输入电流进行精确地编程，因此人们选择了平均电流模式控制。

　　1.1 ZVT技术

　　1.1.1 ZVT升压转换器功率级

　　除开关转换以外的整个开关周期中，ZVT升压转换器的运行均同传统的升压转换器一样。图1显示的就是ZVT升压功率级。ZVT网络由QZVT、D2、Lr和Cr组成，提供了升压二极管和主开关的有源缓冲。[4、7、8]描述了ZVT电路的运行情况，为了叙述的完整性在此处进行了回顾。参见图2，下列时序间隔可以被定义为：

　　具有ZVT功率级的升压转换器

　　ZVT时序结构图

　　1.1.2 ZVT时序

　　1.1.2.1 t0-t1

　　t0之前的时间里，主开关处于关闭状态，二极管D1正传导满负载电流。在t0处，辅助开关(QZVT)被开启。由于辅助开关处于开启状态，Lr中的电流线性地上升至IIN。在此期间，二极管D1中的电流正逐渐下降。当二极管电流达到零时，该二极管关闭(例如D1的软开关)。在实际电路中，由于二极管需要一定时间来消除结电荷(junction charge)，因此会有一些二极管逆向恢复。ZVT电感上的电压为VO，因此电流上升至Iin所需要的时间为：

　　1.1.2.2 t1-t2

　　在t1处，Lr电流达到了IIN，且Lr和Cr开始产生谐振。该谐振周期在其电压等于零以前对Cr放电。漏极电压的dv/dt由Cr(Cr为外部CDS和COSS的组合)控制。Cr放电的同时流经Lr的电流不断增加。漏极电压达到零所需要的时间为谐振时间的1/4。在该周期结束时，主开关的主体二极管开启。

　　1.1.2.3 t2-t3

　　在该时间间隔开始时，开关漏极电压已达到0V，并且主体二极管被开启。流经该主体二极管的电流将由ZVT电感驱动。该电感上的电压为零，因此电流处于续流状态。此时，主开关被开启，以实现零电压开关。

　　1.1.2.4 t3-t4

　　在t3处，UC3855感应到QMAIN的漏极电压降至零，并在关闭ZVT开关的同时开启主开关。ZVT开关关闭以后，Lr中的能量被线性地从D2释放至负载。

　　1.1.2.5 t4-t5

　　在t4处，D2中的电流趋于零。当这种情况发生时，该电路就像一个传统升压转换器一样运行。但是，在一个实际电路中，Lr同驱动D1阴极(由于Lr的另一端被钳位控制至零)正极节点的ZVT开关COSS一起谐振。在ZVT电路设计部分将对这种影响进行讨论。

　　1.1.2.6 t5-t6

　　该级也非常像一个传统升压转换器。主开关关闭。QMAIN漏-源节点电容充电至VO，并且主二极管开始向负载提供电流。由于节点电容起初将漏极电压保持在零状态，因此关闭损耗被极大地降低了。

　　由上述内容可知，这种转换器的运行仅在开启开关转换期间不同于传统升压转换器。主功率级组件并未出现比正常情况更多的电压或电流应力，而且开关和二极管均历经了软开关转换。通过极大地减少开关损耗，可以在不降低效率的情况下增加工作频率。二极管也可以在更低的损耗条件下工作，从而在更低温度、更高可靠性的条件下运行。该软开关转换还降低了主要由升压二极管硬关闭引起的EMI。

　　1.1.3 控制电路要求

为了保持主开关的零电压开关，ZVT开关在Cr电压谐振至零以前必须为开启状态。通过使用一个相当于低线压和最大负载条件下