一种单相高功率因数整流器的设计

需要能通过较大的直流电流而不饱和，并要有一定的电感量，即所选磁性材料应具有一定的直流安匝数。

　　设计中，升压电感器采用4 块EE55 铁氧体磁心复合而成，其中心柱截面气隙为1. 5 mm，Boost 储能电感器的绕组导线并不用常规的多股 0. 47 mm漆包线卷绕，而是采用厚度为0. 2mm、宽度为33 mm 的薄红铜带叠合，压紧在可插4 块EE55 磁心的塑料骨架上，再接焊锡导线引出，用多层耐高压绝缘胶带扎紧包裹。去消用薄铜带工艺绕制的Boost 储能电感，对减小高频集肤效应、改善Boost 变换器的开关调制波形、降低磁件温升均起重要作用。

　　2. 2 输出电容设计

　　直流侧输出电容具有2 个功能:

　　(1) 滤除由于器件高频开关动作造成的直流电压的纹波;(2) 当负载发生变化时，在整流器的惯性环节延迟时间内，将直流电压的波动维持在限定范围内。

　　开关动作造成的纹波频率比较高，只需要较小的电容就可以满足第1 项要求。第2 项要求与负载功率变化的大小、输出直流电压、输出纹波电压和保持时间Δt 等因素有关，其中Δt 一般取为15 ～ 50 ms。用Δt 表达的输出电容值为：

　　式中Δt———保持时间，电网断电后要求电容在时间Δt 内电压不低于一定值

　　Uo———直流输出电压

　　Uomin———要求电网断电后，在保持时间内电容电压的最小值

　　按照降额使用的原则，该方案采用－ 20% 的安全范围，在最小保持时间条件下计算可得Co =357 μF，实际选用的标准电容值为Co = 470 μF。

　　2. 3 电流环与过流保护

　　电流环包括电流平均放大、脉宽调制(PWM)、外部升压电感和外部电流传感电阻等环节。

　　从电流传感电阻检测到的负极性信号送入ISENSE 引脚进行缓冲、反相放大后，得到的正极性信号通过电流放大器( gmi) 进行平均，其输出即为ICOMP 引脚，ICOMP 引脚上的电压与平均电感电流成比例，该引脚对地(GND) 外接一电容，提供电流环路补偿并可对纹波电流进行滤波。平均电流放大器的增益由VCOMP 引脚内部的电压决定，该增益设置为非线性，故可适应全球范围内的交流输入电压。无论芯片处于故障模式还是待机模式，ICOMP 引脚均在内部接至4 V 电平。

　　脉宽调制(PWM)电路将ICOMP 引脚电压信号与周期性的斜坡信号比较，产生上升沿调制的输出信号，若斜坡电压信号大于ICOMP 引脚电压，则PWM 输出为高电平，斜坡的斜率是内部VCOMP 引脚电压的非线性函数。

　　由内部时钟触发的PWM 输出信号在周期开始时为低电平，该电平会持续一小段时间，称之为最小关断时间( tOFF(min) );然后，斜坡电压信号线性上升与ICOMP 电压交叉，斜坡电压与ICOMP电压的交叉点决定了关断时间(tOFF)，也即DOFF，由于DOFF满足Boost 拓扑结构的方程:DOFF = UIN /UOUT，且输入UIN是正弦电压，ICOMP 与电感电流成比例，控制环路会迫使电感电流跟随输入电压呈现正弦波形以进行Boost 调制，因此平均输入电流也呈现正弦波形。

　　PWM 比较器的输出送入栅极(GATE) 驱动电路，虽然芯片的驱动电路具有多种保护功能，且栅极输出的占空比最高可达99%，但始终要存在一最小关断时间(tOFF(min) )。正常占空比工作时，输出过压保护(OVP)、峰值电流限制(PCL)等，在每一周期均可直接关断芯片的栅极输出，欠压锁定(UVLO)、输入掉电保护(IBOP)和开环保护/待机(OLP /Standby)等同样也可以关断栅极输出脉冲，直至软起动开始工作才恢复其输出脉冲。

　　电感电流通过电流检测电阻检测，该检测电阻位于输入整流器的返回通路上，检测电阻的另一端和“系统地”相连。检测电阻和整流器相连的一端为所检测的电压，该电压始终为负值。芯片UCC28019 共有2 种过流保护:

　　(1) 峰值电流限制( PCL)，可以有效防止电感饱和;(2) 软过流保护( SOC)，可以有效防止输出过载;PCL 每个基本周期均起作用。当ISENSE 引脚上的电流检测电压达到－ 1. 08 V时，PCL 动作并终止当前开关周期;ISENSE 引脚上的电压可以通过－ 1. 0 V的固定增益进行放大，使上升沿为空，从而提高噪声免疫力，减少误触发。

　　SOC 主要限制输入电流。当ISENSE 引脚上的电流检测电压达到－ 0. 73 V 时，SOC 动作，从而引起内部VCOMP 引脚上电平的变化，进而控制环路会及时地调整，以减小PWM 占空比。

　　2. 4 电压环与过压保护

　　PFC 预调节器双环控制的外环为电压环，主要包括PFC 输出电压检测、电压误差放大和非线性增益等环节。

PFC 预调节器的输出电压对地(GND) 接一分压电阻网络，构成电压环路的检测模块。分压电阻的比率由所设计的输出电压和内部的5 V 标准参考电压来确定;与VINS