MC34262系列PFC控制芯片的应用研究

    摘要：介绍了MC34262系列PFC控制芯片的性能和特点，着重研究在APFC应用中如何进行电路元件参数的设计，同时分析了在实验中易出现故障的解决方案。

    关键词：有源功率因数校正  软开关  非控整流

1 引言

传统的从220V交流电网通过非控整流获取直流电压，在电力电子技术及电子仪器仪表中获得了广泛的应用。但这种非控整流使得输入电流波形发生严重畸变，并呈脉冲状。这样，一方面对电网造成严重污染，干扰其他电子设备的正常工作；另一方面大大降低了输入电路的功率因数，如在中、大型非控整流设备中，输入电路的功率因数大致在0.5～0.7左右，有的甚至更低。因此，必须采取有效的技术措施来减少输入电流波形的畸变，提高输入电路的功率因数。

提高功率因数的方法概括为两大类型：一类是无源功率因数校正法，它主要是通过电路设计来扩大输入电流的导通角；也可以采用高频补偿的方法来提高输入电流的导通角；另一类是有源功率因数校正法，它是通过在电网和电源装置之间串联插入功率因数校正装置，其中单相BOOST电路因具有效率高、电路简单、成本低等优点而得到广泛应用，并称之为有源功率因数校正（APFC）电路。在有源功率因数校正控制芯片中，其种类繁多，有峰值电流控制法、平均值电流控制法等。本文着重讨论MOTOROLA公司生产的一种新型高性能、零电流控制模式的功率因数校正控制芯片MC34262（MC33262），同时分析它在功率因素校正电路应用中的设计要点及实验结果。

2 MC34262系列PFC控制芯片的性能及特点

MC34262系列PFC控制芯片为8脚双列直插塑封（亦有表面贴装封装）器件，内部含有自起动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出（0.5A）以及过压、欠压和过流等保护电路，具体内部结构框图见图1。

MC34262系列PFC控制芯片的最大特点是采用零电流导通模式控制，图2所示即为采用MC34262系列PFC控制芯片构成的有源功率因数校正电路框图。

图中，开关Q1的通、断受控于MC34262中零电流检测器，当零电流检测器中的电流降为零时（即续流二极管D1中的电流降为零时），Q1导通，此时电感L开始储能，电流控制波形见图3所示。这种零电流控制模式的突出优点是：

（1）由于储能电感中的电流为零时，Q1才能导通，这样就大大减小了开关的应力和损耗，同时对二极管的恢复时间没有严格的要求，因此选用普通的快恢复二极管即可满足设计要求；另一方面免除了由于二极管恢复时间过长引起的开关管损耗，也就大大增加了开关管的可靠性。

（2）由于开关管的驱动脉冲间无死区，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。

另外，由MC34262系列有源功率因数校正控制器构成的功率因数校正电路结构简单，外围电路元器件少，这就大大缩小了电路的体积，降低了系统的成本，提高了系统的可靠性。

3 MC34262系列PFC控制芯片应用在APFC电路中的设计要点

    MC34262系列PFC控制芯片在APFC电路中的实际应用电路如图4所示，该系统的主要技术要求为：

（1）输入电网电压范围AC90V～265V

（2）输出直流电压DC400V

（3）输出功率500W

根据上述要求，先计算出APFC电路的主要元件参数。

3.1 电感L中的峰值电流ILP



    式中PO——要求的输出功率500W

η——变换器的效率取0.92

VAC（L）——最低的电网输入电压90V，则：

考虑到开关管的耐压应降额75％使用，若升压变换器的输出电压为400V，则应选用耐压至少为500V的开关管，电流的选取应大于峰值电感电流。

3.2 电感

式中：T——开关脉冲周期。当输入电网电压的范围为：AC90V～265V时，T的取值为40μs。此时：

3.3 R1及R2的计算

    VO≈Vref[(R2/R1)+1]    (5)

式中：Vref——芯片内部提供的基准电压，取值为2.5V，根据式（5）：

    R2/R1=(Vo/Vref)-1(400/2.5)-1=159    （6）

令R2=1.8MΩ，则R1=11kΩ

3.4 过流电阻R7的计算

当输入电网电压的范围为AC90V～265V时，令电流取样电压VCS=1V且必须小于1.4V，此时：

VCS=R7ILP    （7）

    则R7=Vcs/ILP=1/17=0.06Ω    (8)

取R7=0.062Ω/3W

3.5 R3及R5的计算

令倍增器的输入电压VM=3V则：

式中VAC（H）——电网的最高输入电压265V

由式（9）：

   

令R5=1.2MΩ，则R3=10kΩ

4 MC34262系列PFC控制芯片在APFC电路中易出现的故障与处理

MC34262系列PFC控制芯片在APFC电路中最常见的故障是不易起动和过流保护电路易受干扰。

不易起动的原因是：由于误差放大器具有高输出阻抗特性，易受外界干扰。在控制系统正常工作时，2脚上的电压接近于倍增器的阈值电压（约为2V）。若超过2V，则自动切断输出驱动信号。所以为确保系统可靠工作，在2脚和6脚之间接入一个容量较小的补偿电容。

过流保护电路易受干扰的原因是：由于过流保护取样电阻R7上有较强的干扰电流流过时，过流比较器易触发翻转，造成误触发。为克服过流比较器的误动作，可在R7与4脚之间增加RC滤波电路，通常RC滤波电路的时间常数取为200ms。

5 结语

本实验样机采用MC34262PFC控制芯片设计了一个500W的功率因数校正电路，由于系统采用零电流控制模式，故大大减小了开关的应力和损耗，同时对续流二极管的选取也没有严格的要求。此外，该系统电路结构简单，体积小，工作稳定可靠，在中功率APFC电路中有着广泛的应用前景。