PFC之内部框架解析

关键字 :PFC内部框架

PFC一般是基于双环控制的原理,电压环实际是对应输入电流的平均值,它通过对输出电压Vo的采样,通过误差放大器(E/A)比较输出一个平均值;电流环通过电流检测电阻测得PFC MOS管的电流转化的一个电压信号,从而决定PFC mos的关断时间。

以上的描述只是简述了PFC双环如何通过外围电路的采样,那这些采样信号是如何参与到PFC关断与开通的控制呢?

PFC一般的控制框架如下,临界电流模式的APFC工作原理:首先,通过对输出电压Vo进行采样得到的电压作为误差放大器输入端输入的信号,然后将内部给予的参考电压Vref和输出电压的采样信号在误差放大器(E/A)中进行误差计算,得出一个平均值,作为乘法器的输入端输入信号参与了乘法器的运算,而第二个乘法器的输入端输入信号是输入交流电压经过全桥整流后获得的直流电压,经过电阻分压后得到的馒头波形信号,经过乘法器后获得一个随输入电压变化的电压基准;电流环是采用峰值电流控制,通过一个电流检测电阻对PFC开关管进行采样作为电流比较器的输入端,与内部给出的电压基准比较得出的信号,和乘法器所得到的跟随输入电压变化的电压基准信号作为RS存锁器的控制信号,从而达到控制PFC开关管关断。





在这里可以很明显看出,PFC工作原理主要有三大部分组成:乘法器,电流比较器,RS存锁器;我们在对这三大块做一个深入的了解。

1.乘法器

除了一些专用IC,有什么方式可以实现输入电流跟随输入电压变化呢?很容易得出为什么要用乘法器。电压环实际上相当于是对应输入电流的平均值。误差放大器E/A输出的Vea反映了PFC变换器需要向负载输出功率的大小,比如负载加重,Vou会变低,电压环就会控制输入电流的平均值变大;通过乘法器,将E/A输出的近似直流的信号与对输入电压采样得来的馒头波波形相乘,则会输出一个包络线的波形出来,即这个平均值*输入电压就可以得到一个随输入电压变化的基准;
图一:
2. 电流比较器

乘法器输出的包络线电压波形Vref作为电流比较器的输入端,是作为电流比较器的参考波形,使得检测电流跟踪电网瞬时电压变化波形,在实现功率校正的同时,使得PFC输出电压也达到稳定值。这里电流环采用的是峰值电流控制,电流比较器通过电流检测电阻获取一个电压信号,通过和乘法器的输出信号进行比较,一旦测得开关管的电流超过电流参考波形Vref,则输出一个低电平信号给到RS存锁器输入端,即R=0时,Q=0,关断开关管。关断之后,PFC变换器进入电感电流通过PFC升压二极管向负载传递能量的阶段,电感中的磁能逐步减小,最后电感电流减小到零,一旦电感电流到零时,过零检测电路(图3)就会发出一个脉冲信号,重置RS锁存器,PFC开关管再次导通;

  另外,目前所讲的是临界电流模式的APFC,这里还有一个过零检测电路(图3)需要讲一下,在启动阶段,过零检测还没有信号,需要内部一个启动模块starter去产生一个脉冲信号,作为或门输入端输出一个低电平信号进入RS锁存器,当S=0时,Q=1(高电平),MOS管导通;下面有关于RS锁存器的相关逻辑,后面会讲到;当PFC开启之后,如之前所讲一样,电感电流不断上升,一旦测得开关管的电流超过电流参考波形Vref,电流比较器输出低电平信号,这个电平信号作为RS锁存器的输入端,即R=0,这时Q发生反转,即Q=0,输出低电平,PFC MOS关闭。关闭之后进入电感放电阶段,参考上面所述,当电感电流减小到0时,过零检测模块会发出一个脉冲信号,给到RS锁存器,即S=0,Q=1,即输出高电平,PFC MOS开通



图二



图三



3.RS存锁器

RS锁存器是两输入、两输出的电路,两个输出为两个相反的输出,当/RD、/SD为高 电平时输出状态不发生变化,而仅当其一个输入为低电平时,输出才发生变化,故/RD、/SD为低电平有效

下面我们来看一下RS锁存器的工作过程,我们可分四种情况加以讨论:

  1. /RD=0,/SD=0

  从电路上可以看出,当/RD=0,/SD=0时,Q=/Q=1,而锁存的Q、/Q是两个互补的输出,而现在两个输出相等,这是不允许的,故这种情况对于锁存器来讲是不允许的,故通常称其为不允许的状态;

  2./RD=0,/SD=1

  由于/SD=1,故Q的状态取决于/Q的状态,而由于/RD=0,/Q=1,故Q=0,所以说当/RD=0,/SD=1时触发器被置0,故称为置0状态;

  3./RD=1,/SD=0

  这跟上一种情况正好相反,其Q=1,/Q=0,即触发器被置1,故称为置数状态;

  4./RD=1,/SD=1

  由于RS的输入为低电平有效,而现在两个输入皆为高电平,故其输出状态保持不变,称为保持状态。

图四

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