基于NCPl65l控制器的90W反激式单级PFC变换器原理与设计
关键词：NPCI65l；单级PFC；控制器；反激拓扑；设计
0 引言
单级PFC的基本拓扑及其工作原理在《电源技术应用》等学术期刊中，已有许多文章对其进行了介绍。尽管单级PFC电路仪需一个功率升关，电路拓扑简单，效率较高，但单级PFC的实用电路却非常少见。众所周知，用于两级PFC电路的控制器lC品种和型号非常多，相关设计技术早已十分成熟，而单极PFC专用控制器芯片，长时间没有问世。迄今为止，单级PFC控制IC仅有两款：一个是数字单级PFC控制器iW2202，另一个则是安森美半导体公司推出的NCPl651。NCPl65l是一种适用于反激式拓扑的单级PFC控制器。基于NCPl65l的反激式隔离变换器，可提供中、高DC输出电压和50～250W的输出功率，满足IEC1000-3-2谐波电流限制要求，并能将初级侧电压限制在700V之内。
1 NCPl65l的结构与主要特点
NCP1651采用16引脚SOIC封装，其中引脚14和15未连接。NCP1651的芯片电路组成与NCPl650的内部结构存在很多相同之处，其内部结构框图如图1所示。
NCP165I的各个引脚功能见表1。
NCPl65l是一种固定频率平均电流模式PWM单级PFC控制器，被用作驱动工作在连续导电模式(CCM)或不连续导电模式(DCM)的反激变换器拓扑，并编程平均输入电流跟随AC线路电压。利用平均电流模式控制CCM算法，可以限制峰值初级电流，提供接近于1的功率因数。固定频率操作功率电感器，能使输入滤波器电路设计简化。NCPl65l内置高精度专利乘法器，与传统模拟乘法器比较，具有更优异的性能。NCPl65l提供逐周峰值和平均电流限制、Vcc欠电压锁定和过温度(门限为160℃，带30℃滞回)关闭等保护功能。NCP1651内置高压启动电路，可直接连接到桥式整流器输出端工作。在IC开始工作后，高压启动电路截止。
NCPl651的推出，标忐着单级PFC技术开始在中、低功率电平上进入了实用化阶段。
2 基于NCPl65l的90W单级PFC变换器原理与设计
2.1 基于NCPl65I的90W通用输入单级PFC变换器电路及其工作原理
由NCPl651组成的90W通用输入单级PFC反激式变换器电路如图2所示。该变换器的AC输入线路电压范围为85～265V．DC输出电压为48V，工作在CCM方式。
在系统加电之后，桥式整流器(D1～D4)输出经D7对电容C16充电。当C16上环型电感器的电压达到17V的门限电平时，IC1(NCPl651)脚16导通，内部高压启动电路中的电流源从脚13流出，对连接在变压器T1偏置绕组(⑦与⑤之间)上的电容C21充电。当C21上的电压超过10.8V的导通门限电压时，工字电感插件电感器器IC1启动，变换器开始工作，IC1引脚Vcc上的所需电流，由T1偏置绕组、D9、C21和齐纳二极管D15组成的辅助电源供给。在TC1开始工作后，内部高压启动电路则截止。IC1的振荡器频率由脚3上的电容C3值确定。在C3=470 pF的条件下，开关频率为100 kHz。
S1源极电阻R5用作感测初级电流。在S1漏极上连接的阻尼电路中，D13和D14为瞬态电压抑制(TVS)二极管。前者击穿电压为214V，后者击穿电压为68V。IC1脚8上连接的晶体管Q1等组成外部关闭电路。次级侧的IC3(MC3303)为四运算放大器芯片。其中，lC3B作为误差放大器使用，lC3D被配置成差分放大器，IC3A和IC3C分别配置为输出欠电压和过电压比较器。IC2(TL431)为lC3B的同相端(脚5)和IC3A的反相输入端(脚2)提供2.5V的参考电压。输出电压(U0)经R33、R23和R24、R25组成的分压器分压，将误差放大器IC3B反相输入端(脚6)上的电压设置在2.5V。
电压调节环路的工作过程是：当输出电压低于其额定值(48V)时，在IC3B脚6上的电压将低于脚5上2.5V的参考电压，致使TC3B输出电压增加，光耦合器LED电流减小，从而引起光耦合器晶体管电流减小，IC1脚8上的电压升高。而IC1脚8上电压的提高，使内部参考乘法器输出增加，NCPl65l的PWM占空比增加。
欠电压比较器IC3A为光耦合器IC4提供驱动。在出现欠电压情况时，IC3A输出变低，IC4中LED电流减小，使NCPl651进入高占空比状态，迫使输出电压升至欠电压限制电平以上。
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