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1、APFC控制芯片 MC33368的典型应用及改进刘艳芳 张波(华南理工大学电力学院 广州 510640)摘 要：本文介绍了控制芯片 MC33368在 APFC 电路中的典型应用，由此提出相应的改进方案。该芯片采用了峰值电流控制技术，零电流检测功能实现了电路的 DCM/CCM临界工作模式，并具有外围电路简单、成本低、功率密度高、效率高，可靠性高的特点。关 键 词： MC33368；APFC；控制电路0引言为了限制各种电力电子装置对电网的谐波污染，最有效的措施就是有源功率因数校正(APFC)技术。有源功率因数校正的核心是如何实现对开关管的控制。常用AC-DC开关变换器实现APFC的方法基本上有三种
2、，即电流峰值控制、电流滞环控制和平均电流控制，但在实际应用中较多采用电流峰值控制和平均电流控制。目前，实现这些控制都采用专用控制芯片，较有代表性峰值电流控制芯片MC33368 1，MC34261和L6561，其中MC33368具有较少的外围电路、结构简单、工作可靠，成本低、体积小的特点，与MC34261相比，在线电压过零时，电流跟随效果有了显著改善。但实际应用中，仍然存在一些需要改进的地方。为此，本文在实现 MC33368在 APFC电路中的典型应用的基础上，通过外围电路的改进，提出了一些实用的改进方案。改进后的方案将对保护功能的实现，可靠性的提高，输出特性的改善有很好的利用价值。以利于它在中
3、小功率 PFC电源中的广泛应用。1MC33368 工作原理及典型应用参见图 1 MC33368控制的电流临界连续型 Boost PFC电路,其工作原理可叙述如下 2：检测电感电流，与基准相比较，当电流达到正弦基准电流（为输入电压信号与电压环误差放大器输出的乘积） 时，产生一个关断信号断开 MOSFET，随之电感电流下降，当电路检测到这一电流过零时，产生一个开通信号开通MOSEFT，从而保持电感电流始终工作于连续和断续的临界状态，如图 2所示。图 1： 临界连续型 Boost PFC 电路图 3是 MC33368内部控制结构。开关管的电流 Is也就是电感电流被检测，所得信号 Current Se
4、nse送入 PWM比较器，电流基准值由乘法器的输出值供给。乘法器有两个输入信号一个是输出电压检测值 FB与基准电压 Vref之间的误差信号 Comp（经过电压误差放大器） ；另一个为输入电压检测值 Mult，Mult 的波形为双半波正弦电压波形（100Hz） 。因此电流基准就为双半波正弦电压，令电感（输入）电流的峰值包络线跟踪输入电压的波形。使输入电流与输入电压同相位，并接近正弦。闭环系统中的电压环由分压器、电压误差放大器、乘法器、电流比较器及驱动器（图 4标记的更清楚）组成。因此，在保持输入端功率因数接近 1的同时，也能保持输出电压稳定。 VinAveragIinperk inductor
5、enttGate Driv图 2： 电感电流和 MOSFET 驱动波形图 3：MC33368 功能模块图图 4是一个 MC33368 控制的 400w 具有 PFC 电源电路。图 4：MC33368 控制的 400W PFC 电源电路2改进方案MC33368 在实际应用中存在以下不足：（1） 软启动开关管电流应力较大。上电启动或由保护状态恢复过程中，由于 PFC输出电压未建立，电压环 Comp为饱和输出，相应 Comp与 Mult相乘所得的电流基准很大，从而造成功率管的电流应力较大。为解决该问题，一方面通过设置合理的启动时序，使后级 DC/DC变换落后于 PFC电路启动，即当PFC电路启动一段
6、时间，PFC 输出电压上升至正常值后，再启动 DC/DC部分；这样可保证 PFC电路的空载启动，从而减小启动过程中功率管的电流应力。实际电路中通过以下措施来实现：一是设置 PFC输出欠压保护，即当 PFC输出电压达到正常值以后，再启动 DC/DC；二是设置 DC/DC保护电路的恢复延时大于 PFC保护电路的恢复延时，实现 PFC电路的空载启动；三是加入由 D4，C7，R3，R4，Q1 组成的软启动电路（见图 5） ，该电路可限制每次启动过程中电压环输出电压上升斜率，从而限制了电流基准，也就限制了启动过程中功率管的峰值电流。在 PFC输出空载的情况下，可在软启动电路退出工作前使 PFC输出电压达
7、到正常值，完成启动过程，保证功率管的安全工作，以下计算软启动电容的取值。由 MC33368芯片手册知，当环境温度为 25时，电压环的快速启动充电电流为 1.1mA，当电压环输出 2V以上时，开始出控制信号，设启动过程为 50ms，电压环输出变化量控制在 0.5V内，则有：C=i*t/U=1.1*10 -3*50*10-3/0.5=110uFC7取为 100uF/16V。软启动电路本身的充电时间常数要求远大于电压环的时间常数，实际取电阻 R3为 13K，其时间常数为。RC=13*103*100*10-6=1.3S（2） 电压环带宽合理设置。应综合考虑模块输出稳定性和动态响应要求，设电压环带宽为
8、15Hz，则补偿电容容量取为：C=gM/(2*BW)*10-6=0.54 uF其中： BW环路带宽，单位：HzgmMC33368 内部电压误差放大器跨导，单位：S取 0.47uF/50V和 0.1uF/50V电容并联。（3）PFC 保护方式。在本模块中，当保护信号生效时，通过 Q1将 MC33368的 13脚（频率钳位）和电压环输出拉低，从而达到快速关断控制信号的目的，同时保证保护状态恢复时电路的软启动。（4）LEB 功能。MC33368具有 LEB（Leading Edge Blanking）上升沿消隐功能。通过芯片的 LEB端口直接检测功率管的栅极驱动信号，在栅极驱动信号的上升沿处屏蔽电流
9、检测信号 ISEN，以免发生因功率管开通时的电流检测信号的噪声超过峰值电流基准而导致功率管马上又被关断的情况。应用时将 LEB端口接至功率管的栅极即可。R71MR918ACMR212.4kCSGND1R313kVFBD1BAV99132CSC20.1uDRV1+ C7100u/16VD2BAV99132C50.47uR12RR1120kU1MC33368D45611310127131415816219COMPMULTCSGATEFBPGNDVCCZCDFCN/CN/CAGNDLINERDVREFLEBR1018R110ZCDD4BAV99132D620V/1A12LEBR433C310nVCC
10、1R81kR1110kD3BAV99132VCC1+C110u/25VC822pD7BAV701 23D5BAV70123C40.1uQ1NPNR610kVCC1R513kOFF11CS1C9220pC60.1u图 5： MC33368芯片改进控制线路如果由于主板走线或者控制板走线导致 MC33368 芯片的 LEB 管脚有负压，则会导致 MC33368 内部基准（其输出在芯片的 1 脚）不稳定，最终导致 PFC 的输出纹波会很大且不稳定；随着布局密度的增加，以及采用电流互感器作为 MOSFET 的电流检测元件，均很容易在 LEB 上产生负压，最直接，最保险、可靠的办法就是在 MC33368
11、的 LEB 管脚处加一个肖特基二极管来直接限制管脚处的负压（这样就不需要在 MOSFET 处加肖特基二极管了） 。如图 5 中的 D6 所示。图 5 是 MC33368 芯片实际应用中综合考虑上述得到的改进控制线路，并实际应用于交流输入为85VAC 到 300VAC 的中小功率整流模块中（75-1000W） ，结果表明，该电路结构简洁，控制方式简单，很大程度提高了系统可靠性和电磁兼容能力。电路效率高，成本低，输出电压性能好。表 1 列出应用在下面两种电源中的技术指标。表 1两种电源的技术指标输入电压 输出电压 开关频率 输出功率 PFC效率 PFAC 150V280V 410 VDC 变频方式
12、 800W max 0.97 0.999AC 85V280V 410 VDC 变频方式 850W max 0.97 0.9993结论本文在实现 MC33368 在 APFC 电路中的典型应用的基础上，通过外围电路的改进，提出了一些实用的改进方案。采用 MC33368 控制的 APFC 电源具有外围电路简单、成本低、功率密度高、效率高、可靠性高的特点。典型应用和改进方案相结合，大大提高了电源的性能指标，功率因数达到 0.999 以上，总谐波畸变n 不大于 3，效率可达 0.97。目前，这种 APFC 技术已经在中小功率开关电源、电子慎流器等领域有了广泛的应用，对减少电网的谐波污染起到了一定的作用
13、。参考文献：1 Motorola Advance Information About “High Voltage Green-line Power Factor Controller “MC33368M:3-372-3-383.2 张占松，蔡宣三 开关电源的原理与设计，第一版，北京，电子工业出版社，1998年6月Typical Application and Improvement of APFC IC MC33368 Liu Yanfang Zhuangbo(Electric Power College ,South China University of Technology,Guangz
14、hou, 510640)Abstract: In this paper, typical application of IC NC33368 in APFC circuit has been introduced, some improving case was presented.MC33368 take peak current control. Zero current detector to ensure DCM/CCM critical conduction operation MC33368 is optimized for high density power supplies requiring a minimum board area, reduced component count, low cost, high efficiency and high reliability.Key words: MC33368；APFC；Control Circuit作者简介：刘艳芳，女，江西萍乡人，华南理工大学电力学院 2003 级工程硕士研究生，目前从事高频开关电源的研发工作。张波，男，博士，华南理工大学电力学院教授。
