适合大功率的CCM模式APFC电路设计

弦波的单周期控制方式的IC，最出名的就是infineon公司的ICE1PCS01/02系列(现在好像已经是升级到了ICE3系列了)和IR公司的IR1150。这两款IC，我个人更喜欢ICE系列的，因为IR1150是峰值电流型控制，而ICE系列是平均电流型控制。峰值电流型控制对抗噪能力偏差。由于单周期系列的控制IC外围电路极其简单，所以目前在中等功率的PFC应用场合使用非常广泛。总的来说，单周期的控制IC抗干扰能力比传统带乘法器的那类UC3854/L4981等还是差一些，哪怕是平均电流模式的单周期芯片，新出来的改进版的如何，我不了解。所以大功率场合还是建议采用传统的PFC控制IC。

　　本文中，我计划以ICE1PCS01为例，介绍一下它的控制电路设计。具体而详细的设计方法，还是请参阅infineon公司提供的相关技术文档。我在此处，只是把相关具体的设计提取出来，作一个简化，并按照我们上面的设计指标要求来具体计算一下。　贴出电路原理图：

　　实际应用的时候，我觉得应该在整流桥后面的直流母线上加一个CBB的高频滤波电容Cin。

　　计算如下：

　　1、输入高频滤波电容Cin的计算

　　Kr是电流纹波系数，r是电压纹波系数，通常取0.02～0.08

　　我们在此处把 Kr=0.20，Iinrmsmax=7.67A，fs=65KHz，r=0.05，Umin=85V代入得到Cin>=884nF，实际Cin可以取值1uF，Cin值不可太大，太大了会造成电流波形畸变。具体的值可以在调试的时候再作些调整。

　　2、频率设定电阻Rfreq可以从ICE1PCS01的设计资料里查图得到，65K的开关频率，对应的Rfreq约为68K。

　　3、Rsense电阻计算

　　Rsense=0.66/ILpk=0.66/11.94=0.055欧，实际取三只0.15欧/3W的无感电阻并联。

　　4、R3的数值令我苦恼，计算方法是，IC的ISENSE脚电流应该限制在1mA。当开机时，由于有大的冲击电流，假设冲击电流为30A，那么在电流采样电阻RSENSE上瞬间可以产生1.5V的电压，那么R3的数值应该为1.5K。但是 infineon的设计资料建议用220欧电阻。所以我有点不知所措了。不过，这里先暂时用220欧吧，设计用下来好像也没有出问题。

　　5、R1、R2是输出电压的采样分压电阻。由于ICE1PCS01的内部基准是5V，所以，我们这里R2取5.6K，R1取440K。

　　下面开始电流环路和电压环路补偿的计算。先把infineon设计资料里面提到的几个设计常数贴出来：

　　C1用来滤除开关频率的电流纹波，计算如下：

　　fave是转折频率，必须远低于开关频率，这里取开关频率的1/5，那么代入参数后，可以得到：

　　C1>=1.6nF，实际取值为2.2nF。

　　电压环路框图

　　其中，

　　那个整个电压环路的闭环增益传递函数就是：

　　G1就是我们要设计的误差放大器的增益传递函数。那么我们首先要计算出开环传递函数：

　　我们将前面的设计参数带入上面的公式，得到：

　　85VAC输入，满载输出时：f23=0.5707Hz

　　265VAC输入，满载输出时：f23=0.5665Hz

　　而G4=R2/(R1+R2)=0.0125673

　　所以我们可以分别得到85VAC与265VAC满负载时的传递函数为：

　　下一步，采用PSPICE仿真传递函数，首先建立一个新的PROJECT，选择模拟与混合电路仿真这项：

　　然后在原理图中放入ABM库中的拉普拉斯方程：

　　还要放入交流信号源VAC，零电位参考点。然后双击编辑相关参数，并放置网络标识符，便于观察信号波形：

　　设置仿真参数：

　　好了，可以开始仿真了。下面看结果。　　开环传递函数波特图：

　　绿色为85VAC时，红色为265VAC时

　　有了开环传递函数的波特图，我们就可以通过设置G1的参数，来进行环路补偿了。

　　先让我们再看一次G1的表达式：

　　对于PFC电路而言，闭环电压传递函数的带宽要小于20Hz。我们在这里考虑把交越频率设置在10Hz处。从仿真结果上可以看出，在10Hz处的开环增益是-12.65db，

　　因此G1在10Hz处需要提供12.65db的增益来进行补偿。　　另外，G2*G3在f23处有个极点需要补偿掉，以对相位有个提升。我们可以用fcz来补偿f23，同时在40～70Hz处放置一个极点，来快速降低增益，抑制高频干扰，我们选择fcp=50Hz。

　　考虑到C2>>C3，且10Hz>>fcz，所以有：

　　解方程得到，C2=2.73uF。由于这不是一个常用值，故而我们选择C2=1uF，然后重新计算fcz：

　　根据：

　　求解，得到R4=100.7K，实际取值100K，再由：

　　可以算出C3=31.8nF，实际可以取值33nF。有了这些参数，我们可以给出G1的表达式了：

　　现在我们可以在PSPICE中进行闭环传递函数的仿真了。

　　先打开原理图，把G1添加进去，如图：

　　然后设置好参数，开始仿真，看结果，还是绿色是85VAC的，红色是265VAC的：

　　至此，采用ICE1PCS01的控制电路参数设计完成。