新型CCM PFC控制器ICE1PCS01及其应用

1 引言

功率因数校正（PFC）技术是提高电气产品功率因数的简捷、有效途径，因而受到越来越广泛的关注。PFC电路有连续电流导通模式(CCM)和断续电流导通模式(DCM)两种[1]。DCM因其控制简单，价格低廉，在200W及以下的小功率装置中受到欢迎，但是它的电流纹波较大；CCM需要设计电压环和电流环两个控制环，两个调节器回路需要相应的外接元件，如常用的CCM PFC专用集成控制器UC3854，共有16个引脚，外围元件数量达30余个，电路设计相对复杂，控制调整不方便。因此，新型简便的专用控制电路的开发和应用对PFC技术的实用化具有重要的意义[2][3]。

为了降低设计难度和费用，英飞凌（Infineon）公司推出了一种新型低成本的CCM PFC专用控制器ICE1PCS01，该芯片采用平均电流值控制，使得功率因数可以达到1，谐波分量完全符合IEC 1000-3-2 Class D标准。该芯片无需直接来自交流电源的正弦波参考信号，外围器件少，外围电路简单，具有更快速的动态响应、独特的软启动方式和更加完善的各种保护功能[4][5]。

下面对CCM PFC控制器ICE1PCS01的特点、引脚功能、电气参数、功能描述以及典型应用进行介绍。

2 特点和引脚说明

2.1 特点

CCM PFC专用控制器ICElPCS01具有以下应用特点。

① ICE1PCS01仅有8个管脚，所需外围器件少；

② 支持宽范围内的电压输入；

③ 50kHz-250kHz可调频率范围；

④ 频率在125kHz时，最大占空比为95％（典型值）；

⑤ 内部参考电压；

⑥ 芯片供电电压10.0V-21.0V（典型值）；

⑦ 增强的动态响应；单周电流峰值限制；

⑧ 高效的可限制启动电流的软启动功能；

⑨ 具有多项保护功能，如开环保护、输出过压保护、交流电源欠压保护、电源欠压保护、峰值电流限幅及软过流限幅保护等；

⑩ 满足IEC 1000-3-2 Class D标准的谐波分量要求。

2.2 引脚说明

ICE1PCS01采用PDIP-8-4和PDSO-8-3两种封装形式，如图1（a）所示，其引脚排列如图1（b）所示。内部电路结构图如图2所示。

ICE1PCS01的引脚功能介绍如下：

l GND（引脚1）：芯片接地端。

l ICOMP（引脚2）：电流环补偿器。该管脚构成电流控制环的低通滤波器和补偿器，一般在PFC电路中电流采样获得的是与电感电流成比例的负电压，该电压输入ICE1PCS01的ISENSE脚（引脚3）后接入内部跨导运放OTA2的输出端，跨导运放和ICOMP脚（引脚2）外接的补偿电容构成一个滤波环节，将输入ISENSE脚的带有纹波的、反映电感电流的电压波形滤波为一个反映电感平均电流的正向电压波形。

l ISENSE（引脚3）：电流采样输入端。该管脚通过外接的电流传感电阻检测电感电流在电阻上的电压降，作为电流控制环中平均电流调整器的输入信号，同时该信号也是峰值电流限制模块的输入信号。为了防止电流上升阶段高浪涌电流在检测电阻上引起的高电压降而导致引脚3超出其最大承受值，通常串联一个的电阻来限制注入ICE1PCS01芯片的电流。

（a）两种不同形式的封装图 （b）引脚排列图

图1 ICE1PCS01的封装与引脚排列图

l FREQ（引脚4）：频率设置端。该管脚可以通过对地外接一个电阻来设定系统的开关频率，可调频率范围为50kHz-250kHz。

l VSENSE（引脚5）：输出电压传感/反馈端。该管脚通过电阻分压网络采样输出电压，该管脚的参考电压为5V。

l VCOMP（引脚6）：电压环补偿器。该管脚通过对地连接的一个补偿网络构成电压控制环的补偿器，而且提供系统的软启动功能以控制启动时输入电流的上升。

l VCC（引脚7）：芯片供电端。该管脚通过外接电源辅助装置为芯片提供工作电源，工作电压范围为10V-21V，芯片开通阈值为11.2V，关断阈值为10.2V。需要注意的是该芯片内部并没有对电源装置进行限制的箝位网络。

l GATE（引脚8）：驱动输出端。该管脚为内部驱动电路的输出端，具有1.5A的驱动能力，输出驱动信号的高电平电压值为11.5V（典型值，芯片供电电压为20.0V时）。

图2 ICE1PCS01芯片内部电路图

3 电气参数

ICE1PCS01芯片的主要电气参数如表1所示。

表1 ICE1PCS01的主要电气参数表

注：如无特殊说明，测试条件均为：，VCC=15V。

4 功能描述

ICE1PCS01控制芯片专门为功率因数变换器设计，支持85VAC-265VAC的宽电压输入范围，适用于BOOST拓扑结构PFC电路，采用平均电流控制模式，工作于连续电流导通模式(CCM)。该芯片具有双环调节功能：内环电流环和外环电压环。在CCM工作模式下电流环控制平均电流跟踪输入电压呈现正弦波，在轻载和一定电感值条件下，系统可能会进入断续电流导通模式(DCM)，此时平均电流波形会有一定程度的畸变，但是即便如此，谐波分量仍然符合IEC 1000-3-2 Class D标准。