临界导通模式下boost型PFC芯片的电路设计

摘要

在日常生活中，由于对大量电子设备的广泛使用，不仅会对电网注入大量的谐波，对电网和电子设备产生非常严重的影响；还会产生虚功。通过功率因数校正技术，可以强迫交流输入电流的相位跟随交流输入电压的相位变化而变化，从而减少谐波分量，降低了谐波对电网和电子设备的干扰，还可以在电力公司发电量不变的条件下更大地满足社会的用电需求。对专用于普及应用程度非常高的小功率电器设备的PFC技术的研究，这几年越来越受到了重视，本文重点进行了对小功率应用的PFC芯片的电路设计且通过仿真进行了验证。
　　 本论文通过应用工作在临界转换模式的boost型功率因数校正的原理，以西安英洛华微电子有限公司的S121型功率因数校正芯片为例，具体讲述了电路的实现过程。在S121的设计过程中，为了保证系统稳定性以及对交流输入电压纹波的抑制，在产生过压保护OVP信号的误差放大器的输出端和反向输入端之间接一微法的补偿电容，从而使得该误差放大器的环路带宽为20Hz，但另一方面，带宽太小会导致时域响应很慢，故不能对反馈信号迅速作出反应而对系统实现保护。针对上述问题，该芯片采用了动态过压保护和静态过压保护的双重保护，解决了时域响应速度慢的问题。
　　 该芯片采用了liteon的1um40V的CMOS工艺，通过应用cadence仿真软件，对各个电路模块以及系统电路进行了仿真和验证。最终结果表明：该芯片的VCC箝位电压为32V；启动电流为3.1uA；工作电流在正常工作时为4mA，在OVP条件下为1.4mA，在disable信号触发有效时为1.78mA；UVLO开启阈值电压和关断阈值电压分别为13.87V和8.53V；开关管栅极箝位电压为13.2V；静态OVP翻转阈值为2.35V，动态OVP触发电流20.25uA。功率因数PF高达0.99，输入电流总谐波畸变率THD优化到低于10％，具有我们预期的PFC性能。