没有输入电压检测是否可以实现功率因数校正 (PFC) ？

1.前言

功率因数校正 (PFC) 强制输入电流跟随输入电压 (VIN)，因此任何电气负载看起来都像一个电阻器。此操作需要感测输入电压并基于该感测调制电流参考。电流环路将强制输入电流跟随参考。这称为平均电流模式控制，如图 1 所示。

图 1：PFC 平均电流模式控制

我们可以在市场上找到许多使用这种平均电流控制算法的低总谐波失真 (THD) 的商用 PFC 控制器。然而，这些 PFC 控制器需要一个专用引脚来检测 VIN和一个用于电流参考调制的精密模拟乘法器。

另一种不需要 VIN感测但仍可提供平均电流模式控制的PFC 控制算法最近变得非常流行。TI 的 UCC28180 属于该系列。

UCC28180是一个灵活和易于使用，8引脚，有源功率因数校正(PFC)控制器，工作在连续导通模式(CCM)下，实现高功率因数，低电流失真和卓越的电压调节升压前稳压器在AC - DC前端。该控制器适用于通用交流输入系统，工作在100 w到少kw的范围内，开关频率可编程在18 kHz到250 kHz之间，方便地支持功率MOSFET和IGBT开关。集成的1.5 a和2-A (SRC-SNK)峰值栅极驱动输出，内部固定在15.2 V(典型)，可以快速开启，关断，方便管理外部电源开关，而不需要缓冲电路。

采用平均电流模式控制实现输入电流的低失真波形整形，无需输入线传感，减少了外部元件计数。此外，该控制器具有降低的电流检测阈值，以方便使用小值并联电阻来减少功耗，这在高功率系统中尤为重要。为了实现低电流失真，控制器还具有调整内部电流回路调节电路，以消除相关的不准确性。

简单的外部网络可以灵活地补偿电流和电压控制回路。此外，UCC28180提供了一个增强的动态响应电路，该电路基于电压反馈信号，在快速负载瞬态下提供改进的响应，无论是输出过压还是欠压条件。UCC28180中提供了一个独特的VCOMP放电电路，每当电压反馈信号超过VOVP_L时，就会被激活，从而使控制回路有机会快速稳定下来，避免在PWM关闭时遇到过电压保护功能，这通常会导致听到噪声。受控软启动在启动过程中逐渐调节输入电流，减少对电源开关的压力。许多系统级保护功能可在控制器包括VCC UVLO，峰值电流限制，软过流，输出开环检测，输出过压保护和开脚检测(VISNS)。修剪内部参考提供准确的保护阈值和调节设定点。用户可以通过将VSENSE引脚拉到0.82 V以下来控制低功耗待机模式。

因为它没有 VIN检测引脚和精密模拟乘法器，所以它采用更小的封装，从而降低了系统成本，并且非常易于使用。

但当我们向设计师介绍 UCC28180 时，很多时候他们的第一反应是：“什么？没有 VIN感测？这是如何运作的？”在这篇文章中，我将尝试回答这个问题。

图 2 显示了 UCC28180 中使用的控制算法。一个低带宽电压环路调节输出电压。输入电流测量为 VIin并与锯齿波 Vramp 进行比较。Vramp的幅度与电压环路输出成正比。因为 PFC 使用升压拓扑，所以输入电压信息已经存在，但被隐藏了。图 2 所示的控制算法采用了隐藏信息。

图 2：不带 VIN感测的PFC

PWM 输出信号始终在开关周期开始时以低电平开始，由内部时钟触发，如图 3 所示。PWM 输出保持低电平，直到 Vramp线性上升到与 VIin电压相交。Vramp/VIin 的交点决定了开关关断时间 tOFF。

图 3：PWM 生成

从图 3：

这里 T 是切换周期。对于在连续导通模式 (CCM) 下运行的升压转换器：

结合方程式 1 和 2 可得出方程式 3：

电压输出VOUT在稳定状态下是一个常数。由于 PFC 电压环路非常缓慢，因此 Vramp在稳定状态下也是一个常数。因此，输入电流仅与 VIN成比例。如果 VIN为正弦波，则输入电流必须为正弦波，以实现良好的 PFC。它看起来像魔术，不是吗？