FAN4810设计的500W功率因数校正电路

FAN4810的工作原理
FAN4810工作于前沿平均电流、电流连续（CCM）升电压输出工作模式，内部的三重安全检测技术可使电路免受由于某个电路元器件的损坏而使电路处于不正常工作状态；栅极输出驱动能力高达1A，因而无须外接功率MOSFET驱动电路；低功耗特性改进了电路的工作效率，并降低了元器件的损耗。FAN4810还具有峰值电流限制功能，利用内部的交流输入电压过低保护和输出过电压保护电路，在输出负载突变的情况下通过内部的过电压比较器可以关断PFC电路的工作，输出时钟信号可用于同步下级PWM电路，以降低电路工作躁声。FAN4810的引脚图如图2所示，其工作原理框图如图3所示，FAN4810引脚功能如表2所示。

图2 FAN4810引脚图

图3 工作原理框图

3 采用FAN4810的500W/PFC设计
下面介绍采用FAN4810的500W功率因数校正电路设计的有关方法，电路工作原理图如图4所示，该500W输出电路的PFC输出电压为400VDC，输出电流为1.25A，交流输入市电电压适应范围为90～264VAC。

图4 采用FAN4810的500W有源功率因数校正电路的电路原理图

① 500W/PFC电路技术指标
　　输出功率：500W
　　VMIN=80VAC（RMS）
　　VMAX=264VAC（RMS）
　　工作效率η=0.93
　　VO=400VDC
　　VO-MIN=300VDC
　　开关工作频率fs=100kHz
　　保持时间THDL=20ms
　　THD（总谐波失真）=5%
　　dI纹波=20%纹波电流
　　交流输入市电频率=60Hz

② 功率回路元器件的选择
FAN4810可用于任何工作于电流连续导通工作模式（CCM）下的PFC应用场合，可以满足IEC 3000-3-2的有关技术要求，下面介绍有关功率回路元器件（升电压电感、输出电容和有关功率开关器件）的计算方法。

● 升电压输出电感参数的计算
FAN4810工作于电流连续导通工作模式（CCM）以降低峰值电流和提高可用的输出功率。升电压输出电感参数与电流变化、高频电流的峰峰值有关，电流变化??应在最大电源市电输入电流峰值的20%以内。
(8)
(9)

(10)
式中，I_LINE_PK表示在电源市电供电电压低时的输入峰值电流；VMIN表示电源市电供电电压低时的有效电压值；PO表示输出功率；η表示工作效率；参数I_LINE_PK将决定ΔI的取值；I_LMAX表示通过PFC电感的最大电流值；dI表示指定的电流变化百分比。

影响输出升电压输出电感参数选取的其他因素是占空比D和开关工作频率fs，占空比D的计算见公式（11），电感L参数计算见公式（12）：
(11)
(12)
● 滤波电容参数的选取
影响滤波电容参数选取的主要因素是保持时间（Thld），是指在电源供电断开后电源输出指标仍在指定范围内的时间。供电断开后，下级变换器的供电仍由滤波电容所存储的电能Jthd供电，在保持时间内滤波电容上的电压逐步下降。

● 功率元器件的选择
升电压输出二极管D1和PFC功率开关管Q1可以根据500V的额定值或大于400V的PFC输出直流电压的原则选择。I_LMAX_PK=10.45A也是升电压输出二极管D1和PFC功率开关管Q1的峰值电流，具体的型号选取和PFC电路的应用环境有关，例如，PFC电路的价位、通风情况、散热器的尺寸等因素有关。

PFC电路应用要点
电路工作原理如图4所示，通过电阻R13、R14对电容C15的充电，FAN4810的启动过程就开始了。PFC开关管通过输出升电压电感L1对电容C5充电至400V，L1的辅助绕组通过D3、D4、C12和C16的整流滤波作用使FAN4810的VCC引脚得到+15V的稳定供电电压。为了使电路稳定工作，需在FAN4810的VCC和VREF引脚加接高频旁路电容，最好使用低等效串联电阻（ESR）的瓷片电容或薄膜电容。在输出升电压功率开关管Q1导通前，应确保通过二极管D2快速的将电容C5充电至交流峰值电压，以确保PFC电路的启动。电容C5上的直流电压值应确保大于输入的交流输入市电电压的峰值电压。Q4、R16和C20组成软启动电路，误差放大器的输出电压VEAO通过Q4为电容C20充电，一旦电容C20上的电压被充到VREF，Q4关断，PFC电路的脉冲占空比正比于电压VREF。当VREF=0时，PFC电路的脉冲占空比为0。

图5 工作效率和THD与输出功率的特性曲线

图6 经功率因数校正后输入的交流市电电流波形

采用FAN4810的500W有源功率因数校正电路的电路原理如图4所示，电路工作效率和THD与输出功率的特性曲线如图5所示，经功率因数校正后输入的交流市电电流波形如图6所示。