一款应用于小功率场合的APFC芯片的设计

摘要

在当今社会中，电力电子设备的应用越来越广泛。该类设备通过整流桥接入市电网络时，如果不加入功率因数校正电路的话，常会引起电流谐波污染，对整个电网造成不良影响。有源功率因数校正技术的出现较好的解决了电力设备所带来的谐波污染问题，可以使功率因数接近于1，提高了用电效率。目前，应用于大功率场合的APFC技术已经较为成熟，但是适用于中小功率场合的APFC技术在近几年才得到重视。
　　 本文重点研究了应用于小功率场合的APFC芯片。首先介绍了功率因数的定义、功率因数校正技术的分类及控制方法，重点分析了有源功率因数校正的工作原理。在此基础之上设计了一款工作于临界导通模式的Boost型APFC芯片XD513，详细分析了该芯片的工作过程。本芯片的主要特点是：工作于临界导通模式，电压纹波较小，约为12V；芯片的输出电压为400V，输出功率100W，适合应用于小功率场合；芯片内部未集成模拟乘法器模块，不需要对AC线电压采样，总体功耗较小等。作者主要参与了芯片重点模块的设计和仿真，并对芯片进行了整体仿真。对于某些传统电路，如欠压锁存模块、带隙基准模块等，进行了重新设计。采用了新结构的模块具有功耗低，版图面积小等优点。同时，芯片内部集成了过流保护，过压保护，欠压保护等模块，提高了芯片安全工作的能力。
　　 该芯片基于某公司0.4μm BCD工艺模型进行了设计，采用Hspice软件仿真，仿真结果表明，使用该芯片后，系统的功率因数可以达到0.997，各项指标均能达到要求。芯片的应用电路仿真表明该芯片具有良好的应用前景。