PFC与PWM控制器复合芯片ML4824及其应用研究

摘要：传统的两级APFC采用两套控制电路和至少两个功率开关管，增加了电路复杂程度及成本。随着PFC/PWM两级复合控制芯片的产生，两级APFC的这一缺陷可以得到大大改善。基于对PFC/PWM两级控制复合芯片ML4824功能的简介，对两级APFC技术进行了研究，并通过带PFC的蓄电池充电器的研制，证实了该复合控制的可行性和实用性。关键词：功率因数校正；脉宽调制控制器；双管正激变换器

1引言

20世纪90年代以来，随着各国对用电设备输入电流谐波含量的限制，以及各种限制输入电流谐波的标准的建立，使有源PFC技术取得了长足的进展。有源PFC技术由于变换器工作在高频开关状态，而具有体积小、重量轻、效率较高和功率因数高等优点。从电路结构上划分，有源PFC可分为两级PFC电路和单级PFC电路。单级PFC是近几年研究的热点，主要应用于低功率电路中。两级PFC技术适合于各种功率应用范围，具有THD低、PF高、PFC级输出电压恒定、保持时间长、输入电压范围宽等众多优点。但两级PFC方案因为具有至少两个开关管和两套控制电路，从而增加了成本和复杂度。随着近年来出现的PFC/PWM两级控制复合芯片的产生，两级PFC的这一缺陷可望得到较大改善。基于两级复合芯片ML4824，本文对两级PFC技术进行了研究，并通过对带PFC的蓄电池充电器的研制，证实了该复合芯片的实用性和可行性。

2ML4824的内部结构及基本特征

ML4824内部结构框图如图1所示。ML4824由平均电流控制的Boost型PFC前级和一个PWM后级组成，PWM级可以用作电流型或电压型。ML4824分为ML4824?1和ML4824?2两种型号。ML4824?2在图1中间部分多了一个“×2”的环节，表示ML4824?2中PWM级的频率为PFC级的2倍，这样可以使得PWM级的磁芯元件体积和重量更小。

3功能概述

ML4824各管脚功能如表1所列。与其它PFC芯片相比，除了具有功率因数校正功能外，ML4824还有很多保护功能，如软启动、过压保护、峰值电流限制、欠压锁定、占空比限制等。

ML4824的优点体现在以下3个方面：

PFC与PWM控制器复合芯片ML4824及其应用研究

图1ML4824内部结构框图

图2Boost?Buck两级电路

1）它是一种PFC/PWM复合芯片，只需要一个时钟信号，一套控制电路，就能控制两级电路，简化了设计。

2）PFC和PWM级分别采用了上升沿和下降沿的控制方式，减小了PFC输出电容和PFC输出电压的纹波。

传统的PWM变换器一般采用下降沿触发或上升沿触发的控制方式。在PFC/PWM两级控制中，ML4824对触发方式进行了精心设计，前后级分别采用上升沿触发和下降沿触发方式。

表1ML4824管脚排列管脚序号符号功能
1IEAOPFC级电流误差放大器输出
2IACPFC级输入电压波形采样
3ISENSEPFC级输入电流采样
4VRMSPFC级输入电压幅值采样
5SSPWM软启动
6VDCPWM输出电压误差信号
7RMP1频率设定
8RMP2PWM电流采样
9DCILIMITPWM级限流脚
10GND接地脚
11PWMOUTPWM驱动信号输出
12PFCOUTPFC驱动信号输出
13VCC电源脚
14VREF7?5V电压基准
15VFBPFC级输出电压采样
16VEAOPFC级电流误差放大器输出
图2所示为Boost＋Buck两级电路，两级电路都工作在CCM状态。当两级均采用下降沿模式的控制方式时，前级电路输出电压纹波可以表示为[1]VRipple=I2MAX×ESR＋（1）其中，I2MAX=（2）

当两级电路分别采用上升沿触发和下降沿触发方式，也即前后级功率管互补开关时，前级输出电压纹波为：

VRipple=(I2MAX－I3)×ESR＋（3）

从式（1）和式（3）可见，两级电路分别采用上升沿触发和下降沿触发方式，将使前级输出电压纹波大大减小。这表明：在纹波相同情况下，该方式所需的输出滤波电容，其容值可以大大降低，而且电容的发热问题也得以改善，在成本、效率和体积上都有优势。

3）补偿网络的独特设计实现了前后级的解耦，显著地提高了PFC的误差放大器的带宽。

对于前级PFC电路而言，后级PWM级电路为恒功率负载特性，随着输入电压升高，对应输入电流下降，也即其输入电阻为负阻特性。为了不影响系统的稳定性，必须采用合适的补偿网络来实现前后级的解耦，图3所示给出补偿网络电路示意图。

与一般的补偿网络不同，该补偿网络中，电流环补偿网络的一端连接到芯片的基准电压，当基准电压从零逐渐增大的时候，在IEAO（脚1）上产生一个压差，从而防止PFC电路瞬间以最大占空比工作，起到PFC软启动的作用。电压环补偿网络的一端直接接地。ML4824的电压误差放大器有一个非线性的特性，当系统处于稳定的状态，误差放大器的跨导保持一个

图3PFC级工作原理示意图

图5前级PFC主电路

图6后级PWM主电路

很小的值，当母线电压上有很大干扰，或负载变化时，误差放大器的输入端VFB将偏离2.5V，使得误差放大器的跨导显著提高，如图4所示。这一特性大大提高了电压环的带宽，提高电压环的响应速度。