圖1：雙級有源式功率因數(shù)校正開關電源的典型框圖。圖中標出部分是兩個控制級的互動過程。 本文介紹一個新型轉移工作模式功率因數(shù)校正(pfc)預穩(wěn)壓器控制器ic，新ic基于一個標準的tm pfc(轉移式功率因數(shù)校正器)內(nèi)核，通過增加幾個無源器件新增多個輔助功能，而這些功能通常需要增加復雜電路才能實現(xiàn)。本文對這些功能進行了詳細的介紹，并輔以大量的實例加說明。 有源功率因數(shù)校正是今天的開關電源(smps)應用中的一種常見功能，特別是用于抑制公共供電系統(tǒng)中的諧波電流的穩(wěn)壓應用，例如歐洲的en61000-3-2和日本的eida-miti標準。 有源功率因數(shù)校正smps的最典型結構是由兩個串聯(lián)級組成：第一級是一個pfc預穩(wěn)壓器，實際上它是一個升壓轉換器，負責調(diào)整交流電源電壓，然后形成一個穩(wěn)壓的中間直流總線；第二級則是一個串聯(lián)的直流-直流轉換器，中間直流總線為其供電，輸出形成開關電源輸出軌，還可以提供安全標準要求的隔離功能。圖1所示是帶有交流直流適配器的一種特殊情況，串聯(lián)的直流-直流轉換級是一個單輸出的逆向轉換器。 電路中每一級都由一個控制器ic控制，控制器具有在指定工作條件下正確控制功率通量(power flow)所需的功能，以及某些處理異常工作條件所需的安全保護功能。不過，如圖1所示，這兩級控制器并不只是按順序處理功率，而且還以某種方式“對話”，兩個控制器ic之間的雙向通信是一個重要功能：通斷順序、無負載和錯誤處理需要兩級協(xié)調(diào)完成。 因此，在大多數(shù)開關電源設計中，建立這種通信機制并讓兩個控制芯片能夠協(xié)調(diào)工作，通常需要由電壓參考電路、功率放大器和比較器(或者齊納二極管和小信號雙極晶體管，具體情況視特殊應用的需求和價值)組成的附加電路。在這個方面，市面上見到的pfc控制器ic幾乎不具備任何簡化這種通信任務的功能，因為它們只是為控制預穩(wěn)壓器設計的單級控制器。 圖2：輸入電壓前饋功能的內(nèi)部框圖 除此之外，還有一點值得一提，即便小功率應用也對開關電源的動靜態(tài)性能提出了嚴格的要求，例如，高端筆記本電腦的交流直流適配器要想解決散熱問題就必須最大限度地提高效率，而散熱問題受到“零到最大”和“最大到零”的遞變負載的影響。 出于這些考慮，意法半導體新開發(fā)出一個14引腳的轉換模式(transition-mode, tm)pfc預穩(wěn)壓器控制芯片l6563，這個芯片專用于開關電源，基于一個標準器件的控制內(nèi)核，包括典型的功能模塊，如乘法器、參考電壓電路、錯誤放大器、零電流檢測器等。此外，它還有多種其它功能，這些功能可以提高預穩(wěn)壓器性能和安全性，簡化前文提到的用于協(xié)調(diào)預穩(wěn)壓器和串聯(lián)直流-直流轉換器之間的通信操作的膠合邏輯(glue logic)電路。 作為一個轉換模式控制器，l6563適合功率高達250-300w(這個限制總是引起爭議，因為它的評估主觀性過高)的系統(tǒng)，這個器件還能配合“固定關斷時間”控制器[2]，獲取連續(xù)的感應電流，從而將其應用擴展到更大功率(500w以上)。因此，l6563的目標應用包括高端交流-直流適配器、atx電源、入門級服務器、等離子電視和液晶電視。 器件概述 l6563與l6561和l6562標準器件相比新增加了一些功能，這些功能基本上可以分為三部分： 1. 增強pfc預穩(wěn)壓器性能的功能(電壓前饋、跟蹤升壓、感應電流前緣消隱)； 2. 增強預穩(wěn)壓器安全性的功能(反饋故障檢測、電感器飽和檢測、欠壓保護)； 圖3：跟蹤升壓功能內(nèi)部框圖。 3. 內(nèi)務管理功能：用于改進預穩(wěn)壓器與串聯(lián)直流-直流轉換器之間的互動性能(開關遙控、pwm控制器閉鎖和非閉鎖抑制)。 下面的章節(jié)將詳細討論這些功能，并通過對比新ic與采用上文提到的標準器件制造的分立控制器，加強讀者對新ic的簡化電路和降低成本的優(yōu)點的理解。 在開始討論之前，值得一提的是某些電參數(shù)得到了改進，其中最引人注意的是： 1. 因為處理功率提高，電流感應引腳上的動態(tài)性能被降低大約36%，從而為使用阻值較低的電流感應電阻和降低相關功耗提供了可能。 2. 過壓保護解扣電流(tripping current)[1]被降低一半，因此，對于同一過壓值，設置輸出電壓的分壓器的電阻值可能會提高一倍。解扣電流的降低使分壓器功耗降低一半，這對于交流-直流適配器特別重要，因為這種應用對無負載輸入功耗有嚴格的要求，因而連接高壓線路的電阻器產(chǎn)生的虛損耗(dummy loss)必須最小化。 輸入電壓前饋功能 輸入電壓前饋功能常見于某些用于大功率應用的pfc控制器芯片(升壓電感器工作于固定頻率下的連續(xù)導通模式)，l6563首次將這個功能集成到轉移模式的pfc控制器芯片內(nèi)。此外，通過在回路內(nèi)適當注入均方根(rms)輸入電壓的信息以消除系統(tǒng)增益對輸入電壓的依賴性[3]