4带PFC的蓄电池充电器研制
针对密封铅酸蓄电池的充电装置，基于复合控制芯片ML4824，设计完成了带PFC的充电器原理样机。具体设计指标如下：
采用限流定压方式充电；
功率因数PF>0.99；
输入电压范围AC176～264V；
输出功率Pout=1000W；
输出浮充电压Vout=48V；
最大充电电流Imax=20A。
根据以上要求，我们确定两级电路方案：前级为采用Boost拓扑的PFC电路，实现功率因数校正的同时把输入电压提升到DC380V（图5）；后级为应用双管正激拓扑的PWM电路，把DC380V母线电压降到DC48VC，实现限流定压方式充电（图6）。
4.1PFC级电路设计
4.1.1功率级主要参数
1）储能电感电感电流纹波以峰值电流的20％计，得出电感值L=0?53mH。选用上海钢研所的铁硅铝磁粉芯SA?60环形磁芯，用65匝Φ0.5漆包线绕制而成。
2）输出滤波电容由于采用了特殊的上升沿/下降沿触发方式，有利于PFC级电路输出电压纹波的减小，本文电路最后取为220μF的电容，即可获得较小的输出电压纹波（0.3V左右）。
4.1.2控制电路设计
PFC级控制电路如图7所示。
母线上的馒头波信号经R2、R3、R4、C6、C7构成的二阶滤波网络后作为输入电压前馈信号VRMS（脚4），同时母线上的馒头波信号经电阻R5成为输入电压波形采样信号IAC（脚2）。输出电压经R9、R17分压送到ML4824的电压误差放大器的输入端VFB（脚15），与基准比较后成为电压误差信号VEAO（脚16）。VRMS、IAC、VEAO构成ML4824内部乘法器的三个输入端。R1为输入电流采样电阻，采样的电流信号送到ISENSE（脚3）。R8、C11、C12和R18、C16、C17分别构成电流误差放大器和电压误差放大器的补偿网络。R10和C10为ML4824斜坡信号发生网络，电路的开关频率由这两个参数决定。
1）开关频率的确定
开关频率与R10、C10的关系为R10=－961C10（4）
取R10=43kΩ，C10=470pF，fsw=100kHz
图4电压误差放大器的跨导－VFB曲线
图7PFC级控制电路
PFC与PWM控制器复合芯片ML4824及其应用研究
2）输出电压采样
电压误差放大器的基准为2.5V，有=－1=－1=151
取R17=2.2kΩ，考虑到每个电阻上的电压不宜超过200V，R9取为150kΩ和180kΩ两个电阻的串联，即R9=330kΩ。
3）输入电压前馈
ML4824要求当输入电压最低时VRMS（脚4）电压为1.2V，而且这个电压必须经过很好的滤波，才能准确地反映输入电压的变化。
R2取2个510kΩ串联，即R2=1.02MΩ，R3、R4分别取为R3=200kΩ，R4=10kΩ。
二阶滤波电容可以由下式给出[2]：C6=（5）C7=（6）
式中：RTOT=R2＋R3＋R4。
C6、C7分别取为63nF、1μF。
4）输入电压波形采样
乘法器的输出为[3]
IGAINMOD=k×(VEAO－1.5)×IAC（7）
k为乘法器增益，当VRMS脚输入1.2V电压时，也即输入电压最低时，k取最大值0.328。为了避免乘法器饱和，乘法器的输出要限制在200μA以内，因此R5要满足R5?==2.16MΩ（8）
R5取2个1.2MΩ电阻串联，即R5=2.4MΩ。
5）输入电流采样
输入电流采样电阻应满足[3]R1≤（9）式中：kM=k=0.328×1762=10160；
RMVLO为乘法器输出截止电阻（3.5kΩ）。由此：R1≤=0.078Ω
R1取两个0.1Ω/10W的功率电阻并联，即50mΩ/20W。
6）电压环、电流环补偿网络
电压环和电流环补偿网络的参数通过频域仿真来优化选取，使系统的开环增益和相角裕度在合理的范围内。电压环补偿网络参数选为R18取200kΩ，C16取270nF，C17取27nF。
电流环补偿网络参数选为R8取33kΩ，C12取为289pF，C12取为2.89nF。
4.2PWM级电路设计
4.2.1功率级主要参数
1）变压器设计磁芯选用EE55B，原副边匝比为27/8，导线选用宽铜皮，原边选用0.05mm厚铜皮，副边选用0.25mm厚铜皮，宽度均为30mm。
2）输出滤波电感L2=26.4μH。选取EE55B磁芯，12匝，气隙为0.2125mm。
3）输出滤波电容由于铝电解电容的频率特性较差，实际电路中采用3个470μF的电容并联。
4.2.2控制电路设计
1）电压环补偿网络同PFC级电路一样，补偿网络的参数由频域仿真综合考虑。
2）软启动选择C8=1μF。
充电器中仍包括驱动电路设计、辅助电源设计等，由于篇幅关系，这里不一一详述了。
5实验结果与分析
5.1PFC级电路
1）输入电压与输入电流波形
图8为输入电压和输入电流波形。
图8（a）为未经功率因数校正，输入电流畸变严重；图8（b）为经功率因数校正后的波形，输入电流很好地跟踪了输入电压的波形，功率因数得到了大大的提高。实测功率因数可达0.999。
2）开关管的vGS与vDS波形
图9所示为捕捉到的两个PFC级电路开关管vGS与vDS波形。开关管上电压尖峰很小，开关管工作状态良好。
3）PFC级电路输出电压
图10为PFC级电路输出电压波形。由于采用特殊的上升沿/下降沿触发方式，输出电压纹波很小。
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