引言

LT1248是凌特公司推出的一款功能較強(qiáng)大的PFC（power factor correct）控制芯片。該芯片采用DIP16封裝，具有以下特點(diǎn)：

（1）能夠適應(yīng)寬范圍內(nèi)的負(fù)載變化。

（2）采用平均電流控制方法。

（3）輸出驅(qū)動(dòng)電流峰值達(dá)1.5A。

（4）低靜態(tài)工作電流、高開(kāi)關(guān)噪聲抑制。

（5）內(nèi)部集成了多重的保護(hù)。

（6）特有同步信號(hào)處理能力。

LT1248在開(kāi)關(guān)電源的前級(jí)輸入預(yù)調(diào)制器和UPS整流側(cè)PFC電路等AC-DC變換場(chǎng)合，能夠很好的控制輸入功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的干擾，有著很高的應(yīng)用價(jià)值。

LT1248的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理

LT1248的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，按功能的不同大體分為三個(gè)部分，基本運(yùn)算單元（含電壓誤差放大器、乘法器、電流放大器）；

保護(hù)單元（含過(guò)壓保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路、開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)電路和保護(hù)信號(hào)綜合電路）；

功能實(shí)現(xiàn)單元（含PWM比較器、RS觸發(fā)器、同步信號(hào)發(fā)生器、振蕩器、圖騰柱和7.5V基準(zhǔn)輸出等）。

基本運(yùn)算單元

LT1248基本運(yùn)算單元的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖中基本運(yùn)算單元將11腳檢測(cè)到的輸出電壓反饋信號(hào)與內(nèi)部7.5V給定電壓相減，經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器后，與6腳檢測(cè)到的輸入電壓反饋信號(hào)相乘，得到輸入電流給定指令，再與4腳檢測(cè)到的輸入電流反饋相減，經(jīng)電流調(diào)節(jié)器，形成控制量，該控制量與三角波比較，生成占空比可調(diào)的PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)電路中的開(kāi)關(guān)管的通斷，最終實(shí)現(xiàn)APFC控制的目的。常見(jiàn)的輸入電流給定信號(hào)與輸入電流反饋信號(hào)的比較策略有三種：峰值電流比較、滯環(huán)電流比較和平均電流比較。前兩種比較策略所用的器件較少，但是容易受噪聲的干擾，使系統(tǒng)控制精度降低。LT1248采用的是平均電流比較的策略，很好的提高了控制的精度。同時(shí)，LT1248采用的是電壓電流雙環(huán)控制的方法，電壓環(huán)的輸出成為電流環(huán)的給定，這樣即保證了輸出電壓的恒定，又保證了輸入電流與輸入電壓的同相位，同時(shí)也提高了系統(tǒng)控制動(dòng)態(tài)特性。

保護(hù)單元

LT1248除了可以完成基本的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管功能之外，還集成了完善的過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)和欠壓封鎖等功能。

過(guò)壓保護(hù)在芯片內(nèi)部有三重保護(hù)：

（1）由8腳OVP檢測(cè)到輸出電壓信號(hào)，與7.9V相比，比較器輸出低電平封鎖乘法器的輸出，使乘法器輸出電流為零。

（2）因?yàn)殡娏鞣糯笃饔惺д{(diào)電壓，當(dāng)IM＝0A時(shí)，電流放大器也會(huì)有輸出，輸出電壓可能繼續(xù)增大，這時(shí)，VSENSE檢測(cè)過(guò)大，使7腳VAOUT《2.2V，比較器M1輸出高電平，7 A的電流源通過(guò)二極管對(duì)ISENSE的外接電阻充電，抵消電流放大器反相輸入端的負(fù)分量，使電流放大器輸出近似為零。最終將輸出電壓誤差維持在2V之內(nèi)。

（3）在外圍電路中可以通過(guò)檢測(cè)輸出電壓來(lái)設(shè)置EN/SYNC腳，構(gòu)成第三重的過(guò)壓保護(hù)。確保電路安全可靠。

過(guò)流保護(hù)在芯片內(nèi)部有兩重保護(hù)：

（1）由腳12外接的電阻RSET設(shè)置的，根據(jù)公式，通過(guò)設(shè)定RSET，就可以控制IM的大小，而IM又和輸入電流存在一定的比例關(guān)系（由外圍電路選擇有關(guān)），進(jìn)而控制輸入電流的最大值。

（2）保護(hù)（1）中，只能限制IM的最大值不變，電流放大器仍有輸出信號(hào)，此時(shí)如果輸入電流還要增大，則通過(guò)腳2（PKLIM）直接檢測(cè)過(guò)流信號(hào)，復(fù)位RS觸發(fā)器，形成第二重過(guò)流保護(hù)。

欠壓封鎖功能通過(guò)一個(gè)帶滯環(huán)的比較器方便的實(shí)現(xiàn)。比較器同相輸入端接VCC，反相端比較上限為16V，下限為10V，當(dāng)VCC》16V時(shí)，開(kāi)放軟啟動(dòng)控制器，VREF輸出7.5V。只要VCC不低于10V，LT1248就一直工作正常。一旦VCC《10V，封鎖軟啟動(dòng)控制器和VREF，輸出脈沖同時(shí)也被與門(mén)封鎖。

LT1248在PFC整流電路中的應(yīng)用

本設(shè)計(jì)的PFC整流電路的技術(shù)指標(biāo)為：

輸入電壓范圍：150VAC~270VAC；

額定輸入電壓：220VAC；

額定輸出電壓：380VDC；

滿(mǎn)載輸入電流：6.8AAC；

滿(mǎn)載輸入功率：1.5KW；

輸入功率因數(shù)：0.95以上，

具體實(shí)現(xiàn)電路圖如圖3所示。

RC振蕩電路

該電路決定了PFC工作的頻率，R越大，充電電流越小，充電時(shí)間越長(zhǎng)，頻率越小。反之，R越小，頻率則越大。頻率越大，輸入電流跟蹤特性越好，輸入諧波越小，但電磁干擾也會(huì)更嚴(yán)重一些，對(duì)器件的要求也相應(yīng)越高。該芯片頻率的計(jì)算公式為： f=1.5/（R_{SET} C_{SET}）。一般來(lái)說(shuō)，PFC可以工作在100kHz左右，隨著輸入功率的增大，工作頻率要相應(yīng)降低。本設(shè)計(jì)考慮輸入功率較大，選擇f＝20kHz。此時(shí)，選RSET＝75K ，CSET＝1n。

輸出電壓檢測(cè)和電壓誤差放大器

在直流輸出端接電阻分壓，分壓比為50﹕1，為了不消耗過(guò)大的能量，提高效率，取分壓電阻為1M 和20K 。該檢測(cè)電壓直接送OVP用來(lái)檢測(cè)過(guò)壓保護(hù)。同時(shí)，通過(guò)電阻R6＝20K 送電壓誤差放大器的反相端輸入VSENSE。反饋電路的參數(shù)設(shè)計(jì)為：R7＝330K ，C6＝0.47 F，C5=0.047 F，這里C5較小，起濾波作用，忽略C5得該電路傳遞函數(shù)：

值得注意的是這里的電流檢測(cè)值不是由ISENSE直接輸入的，而是通過(guò)MOUT輸入一個(gè)負(fù)電平，與IM送來(lái)的給定電流值相加，形成加法電路，實(shí)際還是相當(dāng)于給定電流與反饋電流相減的作用。

電流誤差放大器的反饋參數(shù)設(shè)計(jì)為：C3＝100pF，C4＝1nF，R4＝4K ，R5＝20K 。

過(guò)流保護(hù)電路

因?yàn)閮?nèi)部第一重過(guò)流保護(hù)設(shè)的是17A，所以這里設(shè)20A為第二重的過(guò)流保護(hù)。RS左端電壓為 0.2V，又因?yàn)槟_2（PKLIM）有50 A的靜態(tài)輸出電流，所以得： \frac{0.2}{R_{9}}=\frac{7.5}{R_{10}+50 A}

取R9＝1K ，R10＝51K 。

軟啟動(dòng)電路

LT1248上電后，輸出電壓還沒(méi)有升到額定值，此時(shí)如果給定的電壓突然加上，就會(huì)使電壓誤差放大器輸出過(guò)大。所以，在13引腳（SS）接上一個(gè)RC充電的回路，內(nèi)置一個(gè)12 A的電流源，上電后由電流源給SS端充電，直到＋7.5V停止。這里設(shè)R＝50K ，C＝0.01 F，充電時(shí)間常數(shù)為RC=5 104 10 8＝0.5ms。大約3～5個(gè)時(shí)間常數(shù)后電容上電壓充滿(mǎn)。 驅(qū)動(dòng)脈沖

輸出電路

外接一個(gè)10 的電阻接到MOSFET驅(qū)動(dòng)端，防止驅(qū)動(dòng)過(guò)流，同時(shí)通過(guò)一個(gè)15V的穩(wěn)壓管接地，將該處電平鉗位在15V。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形與分析

圖4是100%阻性滿(mǎn)載時(shí)，PFC整流輸入電壓與輸出電壓的波形，電壓探頭10倍衰減，電流鉗的檢測(cè)比為1A/10mV，由實(shí)驗(yàn)波形可以看出，電流波形和電壓波形基本同相位，且近似為正弦，很好的做到了輸入功率因數(shù)校正的作用。

圖5是用wavestar軟件分析的100%阻性滿(mǎn)載時(shí)輸入電流波形的THD，計(jì)算得THD＝3.152%。

另外，在試驗(yàn)過(guò)程中，做了空載，30%，60%，100%，120%，150%等負(fù)載下的電流波形試驗(yàn)。因?yàn)橄嗖?度功率因數(shù)為99.98%，相差10度也有98.48%，所以電流的波形畸變率是關(guān)系到功率因數(shù)高低的重要標(biāo)志。表1記載的是各種負(fù)載情況下輸入電流波形THD值。表中發(fā)現(xiàn)空載時(shí)情況最為惡劣，不僅電流波形THD高，而且電流與電壓相位差大，隨著負(fù)載的增加，相位差基本趨于零，電流波形THD下降，到滿(mǎn)載時(shí)降到最低，接著又隨負(fù)載的過(guò)載而略有增加。這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)載變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的控制模型發(fā)生了變化，而基于滿(mǎn)載時(shí)設(shè)計(jì)的電壓、電流反饋的PI參數(shù)是一個(gè)定值，所以造成了空載、輕載時(shí)輸入電流THD過(guò)大的情況。

總結(jié)

本文對(duì)PFC控制芯片LT1248的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理做了細(xì)致闡述，介紹了應(yīng)用LT1248的PFC整流電路的設(shè)計(jì)實(shí)例，最后給出了試驗(yàn)的波形并進(jìn)行了分析。采用LT1248做控制芯片的PFC電路，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，輸入電流波形好，省去了復(fù)雜的軟件編制，并集成了多重保護(hù)，做到了硬件電路設(shè)計(jì)的小型化與簡(jiǎn)單化，能夠在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。