FAN7530实现有源功率因数校正器

O 引言

PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”。PFC是电脑电源中的一个非常重要的参数，全称是电脑功率因素，简称为PFC，等于“视在功率乘以功率因素”，即：功率因素=实际功率/视在功率。 功率因素：功率因数表征着电脑电源输出有功功率的能力。功率是能量的传输率的度量，在直流电路中它是电压V和电流A和乘积。在交流系统里则要复杂些：即有部分交流电流在负载里循环不传输电能，它称为电抗电流或谐波电流，它使视在功率( 电压Volt乘电流Amps)大于实际功率。视在功率和实际功率的不等引出了功率因素，功率因素等于实际功率与视在功率的比值。只有电加热器和灯泡等线性负载的功率因素为1，许多设备的实际功率与视在功率的差值很小，可以忽略不计，而像容性设备如电脑的这种差值则很大、很重要。最近美国PC Magazine 杂志的一项研究表明电脑的典型功率因素为0.65，即视在功率(VA)比实际功率(Watts)大50%!

提高开关电源的功率因数，不仅可以节能，还可以减少电网的谐波污染，提高了电网的供电质量。为此，研究出多种提高功率因数的方法，其中，有源功率因数校正技术(简称APFC)就是其中的一种有效方法，它是通过在电网和电源之间串联加入功率因数校正装置，目前最常用的为单相升压前置升压变换器原理，它由专用芯片实现的，且具有高效率、电路简单、成本低廉等优点，本文介绍的低成本电压型临界工作模式APFC控制芯片FAN7530即可实现该功能。

1 FAN7530的电路特点

1.1 内部电路

如图l所示，FAN7530N DIP8封装，也有SMD封装(FAN7530M)，内部含有自启动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出、过压力过流欠压保护等电路。

1.2 FAN7530 PFC控制芯片的性能特点

该芯片的最大特点是采用电压控制临界工作模式，其它性能特点如下：

160μs的内置启动定时电路;

低的THD及高的功率因数;

过压、欠压、过流保护;

零电流检测器;

CRM控制模式;

工作温度低一40℃～+125℃;

低启动电流(40μA)及低工作电流(1.5mA)。

FAN7530是一个引脚简单、高性能的有源功率因数校正芯片。对辅助电源范围不要求，输出图腾驱动电路限制了功率MOSFET短路的危险，极大地提高了系统的可靠性。

2 有源功率因数校正原理设计

2.1 功率因数校正原理

如图2所示，控制芯片采用FAN7530，功率MOSFET S1的通、断受控于FAN7530的零点流检测器，当零电流检测器中的电流降为零时，即升压二极管D1中的电流为零时，S1导通，此时的电感L开始储能，电流控制波形如图3所示，这种零电流控制模式有以下优点：

由于储能电感中的电流为零时，S1才能导通，这样就大大减少了MOSFET的开关应力和损耗，同时对升压二极管的恢复时间没有严格的要求，另一方面免除了由于二极管恢复时间过长引起的开关损耗，增加了开关管的可靠性。

由于开关管的驱动脉冲时间无死区，所以输入电流是连续的，并呈正弦波，这样大大提高了系统的功率因数。

2.2 应用设计举例

技术要求：

输入电网电压范围 AC 90～265V;

输出直流电压DC 400V;

输出功率 150W。

2.2.1 PFC电感的设计

电感的电气原理图如图4所示。

2.2.2 升压MOSFET的选择

2.2.3 升压二极管的选择

2.2.4 整流桥的选择

如图5所示FAN7530N在APFC前置变换器中的应用电路。

3 使用FAN7530的问题及解决方法

PFC中的自举二极管速度越快越好;

注意MOSFET的源极与地线的连接，减少谐振的发生;

PFC升压后高压电容的容量要够，尽量采用标准值;

整流桥后的金属化薄膜电容调整可以改变谐振;

FAN7530的脚1和脚3之间加R/C，适当调整参数可以减少轻载不稳定;

FAN7530的脚1和脚2之间的电容值影响启动时间;

该芯片在使用中发现，有很多优点，也有缺点。

4 结语

该设计经多次反复试验，PFC升压电感参数调整，及其它外围参数设计试验确定，功率MOSFET等器件的计算，已成功设计出150W升压前置变换器，并应用于适配器中。

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