NCP1650型功率因数校正器的应用及电路设计
ncp1650型功率因数校正器的应用及电路设计
摘要：首先介绍了ncp1650型功率因数校正集成电路的典型应用，然后重点阐述其电路设计及外部功能扩展方法。关键词：功率因数校正器；应用；电路设计；扩展application andcircuitdesignofncp1650powerfactorcorrectorshazhan?you,wangyan? peng,wangxiao?junabstract:atfirstthetypicalapplicationofncp1650type powerfactorcorrectionicisintrodued.thenitscircuitdesignandtheexternal functionexpansionmethodareexplainedindetail.keywords:powerfactorcorrector； application；circuitdesign；expansion中图分类号：tn86文献标识码：a文章编号：0219－2713(2002)10－0547－03
1典型应用电路
ncp1650可构成100w～1kw的功率因数校正器，其外围电路简单而性能优良，功率因数可达0.95～0.99。
ncp1650型功率因数校正器的典型应用电路如图1所示，该电路的输入交流电压u=85～265v，最大输入功率pim=1053w，最大输出功率pom=1000w，额定直流输出电压uo=＋400v，功率因数λ=0.95。启动限幅器可任选一种箝位保护电路。u经过桥式整流后分作两路，一路通过电阻分压器r4和r5，给acin端提供全波整流电压u1；另一路作为线电压ul，接启动限幅器，再经过电感器l和整流滤波电路，输出直流电压uo。uo又经过r9、r10分压后，给fb／sd端提供反馈电压ufb。利用下式可以计算输出电压的额定值uo=（1＋）ufb（1）已知ufb=4.0v，取r9=360kω、r10=3.6kω时，利用式（1）计算出，uo≈400v。要求uo的额定值必须大于最高交流电压的峰值，即uo>umax。当u=
umax=265v时，其峰值电压umax≈375v。由于uo>375v，因此可保证在规定输入交流电压范围内对功率因数的校正。
r1和c3为直流误差放大器的频率补偿网络。r2、c4构成功率误差放大器的频率补偿网络。r3用于限制最大输入功率pim值。c5为脚9的滤波电容，可滤除纹波。c6与c7分别为ac in端、acref端的滤波电容。r6和c8为交流误差放大器的频率补偿网络，c8还兼作软启动电容。r7是锯齿波补偿电阻。c9为振荡器的定时电容。r8和c11分别是电流检测放大器的电流定标电阻、滤波电容。rs为检测线电流及电感器瞬态感应电流的取样电阻。
图1中的电感器l亦可改成高频变压器，将二次绕组电压进行整流滤波后，可为ncp1650提供电源电压ucc，其典型值为14v。
2功率因数校正器的电路设计
下面就以图1所示的电路为例，介绍功率因数校正器的电路设计。现规定设计指标如下：umin=85v，umax=265v，f=100khz，uo=400v，最大输出功率pom=1kw。要求开关纹波电流与线电流的百分比为30％。
2.1计算电感器l
计算公式为l=·（2）
利用式（2）不难算出，当u=umin=85v时，l=84μh。当u=umax=265v时，l=176μh。应根据实际电压范围来确定合适的电感量。
尽管l的电感量很小，但所通过的线电流很大。最大峰值线电流由下式决定il(max)=（ 3）
最大峰值电流出现在低压供电（u=umin）和满负荷的情况下。此时il(max)=16.6a，电感器中的有效值电流为11.8a。这些数据可供选择电感器线径时参考。
2.2计算交流分压器最大线电压的峰值为ul=umax，ul经过r4、r5分压后得到u1，加至脚5上。令交流分压比为kac，有关系式u1(max)=kacul=·umax=3.75(v)（4）
r5、r4采用0.5w的金属膜电阻，实际功率可按0.25w进行估算，即pr4=〔umax－u1(max)〕 2／r4
=(375－3.75）2／r4=0.25w
从中解出r4=551kω，实选560kω标称电阻。再把r4代入式（4）中求出，r5=5.6kω。
2.3计算线电流检测电阻rs
计算公式为rs=0.25（5）
式中：ton——mosfet的导通时间，已知开关周期t=1／f=10μs，利用下式可计算ton=t（ 6）
η——电源效率（％）。
2.4计算锯齿波补偿电阻r7
为降低分布电感量，r7应采用非线绕电阻。其电阻值由下式确定r7=（7）
2.5确定电流定标电阻r8及滤波电容c11
电阻r8能限制输入到交流误差放大器的最大平均值电流，使之在低电压、满负荷情况下仍低于4.5v。设pfc的额定输入功率为pi，计算r8的公式为r8=（8）
c11为电流检测放大器的滤波电容，该滤波器的极点频率由下式确定：
f1=10.5／c11（9）
式中：c11的单位是nf，f1的单位是khz。当开关频率为100khz，电网频率为50hz时，可选f1=10khz。代入式（9）中计算出，c11=1nf。
2.6设定最大输入功率pim
pfc的最大输入功率由r3来设定，二者存在下述关系式pim=（10）
式中：us为功率误差放大器的参考电压，us=
2.5v。
2.7计算交流误差放大器频率补偿元件r6和c8
交流误差放大器的跨导gm=100μs（s为西门子），由r6、c8组成的串联电路就相当于负载。计算r6、c8的公式分别为r6=(11)c8=(12)
3外部功能扩展方法
3.1掉电控制电路
外部掉电控制电路如图2所示。新增加的元器件包括晶体管vt、电阻r11和r12。uk为控制电压。该电路的工作特点是当uk=0v时，vt截止，功率因数校正器能正常工作。当uk=5v时，vt导通，就将fb／sd端拉成0v，强迫芯片进入掉电保护状态。图中的vt采用2n3904型 npn管，亦可用je9013来代替。
3.2附加软启动电路
图1所示电路的软启动时间仅为560μs。若需增加软启动时间，可按图3给出的电路进行设计。新增加的元器件包括je9015型pnp晶体管vt、软启动电容c12、1n4148型高速开关二极管vd和电阻r13。此时可忽略r6、c8的作用。刚上电时，由于c12两端电压不能突变，使得ua=0v，vt导通，经过accomp引脚把交流误差电压拉成0v，pfc无电流输出。此后，6.5v基准电压就经过r13对c12进行充电，使ua不断升高，电路就逐渐转入正常输出状态。vd的作用是在断电后为c12上存储的电荷提供泄放回路，确保再次开机时还能实现软启动功能。
参考文献
[1]onsemi公司产品手册[m].2002.
[2]林雯，齐长远．有源功率因数校正技术[j]．电源技术应
用，1998合订本
[3]沙占友.新型单片开关电源的设计与应用[m]，电子工
业出版社，2001.
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1典型应用电路
ncp1650可构成100w～1kw的功率因数校正器，其外围电路简单而性能优良，功率因数可达0.95～0.99。
ncp1650型功率因数校正器的典型应用电路如图1所示，该电路的输入交流电压u=85～265v，最大输入功率pim=1053w，最大输出功率pom=1000w，额定直流输出电压uo=＋400v，功率因数λ=0.95。启动限幅器可任选一种箝位保护电路。u经过桥式整流后分作两路，一路通过电阻分压器r4和r5，给acin端提供全波整流电压u1；另一路作为线电压ul，接启动限幅器，再经过电感器l和整流滤波电路，输出直流电压uo。uo又经过r9、r10分压后，给fb／sd端提供反馈电压ufb。利用下式可以计算输出电压的额定值uo=（1＋）ufb（1）已知ufb=4.0v，取r9=360kω、r10=3.6kω时，利用式（1）计算出，uo≈400v。要求uo的额定值必须大于最高交流电压的峰值，即uo>umax。当u=
umax=265v时，其峰值电压umax≈375v。由于uo>375v，因此可保证在规定输入交流电压范围内对功率因数的校正。
r1和c3为直流误差放大器的频率补偿网络。r2、c4构成功率误差放大器的频率补偿网络。r3用于限制最大输入功率pim值。c5为脚9的滤波电容，可滤除纹波。c6与c7分别为ac in端、acref端的滤波电容。r6和c8为交流误差放大器的频率补偿网络，c8还兼作软启动电容。r7是锯齿波补偿电阻。c9为振荡器的定时电容。r8和c11分别是电流检测放大器的电流定标电阻、滤波电容。rs为检测线电流及电感器瞬态感应电流的取样电阻。
图1中的电感器l亦可改成高频变压器，将二次绕组电压进行整流滤波后，可为ncp1650提供电源电压ucc，其典型值为14v。
2功率因数校正器的电路设计
下面就以图1所示的电路为例，介绍功率因数校正器的电路设计。现规定设计指标如下：umin=85v，umax=265v，f=100khz，uo=400v，最大输出功率pom=1kw。要求开关纹波电流与线电流的百分比为30％。
2.1计算电感器l
计算公式为l=·（2）
利用式（2）不难算出，当u=umin=85v时，l=84μh。当u=umax=265v时，l=176μh。应根据实际电压范围来确定合适的电感量。
尽管l的电感量很小，但所通过的线电流很大。最大峰值线电流由下式决定il(max)=（ 3）
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2.2计算交流分压器最大线电压的峰值为ul=umax，ul经过r4、r5分压后得到u1，加至脚5上。令交流分压比为kac，有关系式u1(max)=kacul=·umax=3.75(v)（4）
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2.5确定电流定标电阻r8及滤波电容c11
电阻r8能限制输入到交流误差放大器的最大平均值电流，使之在低电压、满负荷情况下仍低于4.5v。设pfc的额定输入功率为pi，计算r8的公式为r8=（8）
c11为电流检测放大器的滤波电容，该滤波器的极点频率由下式确定：
f1=10.5／c11（9）
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2.6设定最大输入功率pim
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式中：us为功率误差放大器的参考电压，us=
2.5v。
2.7计算交流误差放大器频率补偿元件r6和c8
交流误差放大器的跨导gm=100μs（s为西门子），由r6、c8组成的串联电路就相当于负载。计算r6、c8的公式分别为r6=(11)c8=(12)
3外部功能扩展方法
3.1掉电控制电路
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参考文献
[1]onsemi公司产品手册[m].2002.
[2]林雯，齐长远．有源功率因数校正技术[j]．电源技术应
用，1998合订本
[3]沙占友.新型单片开关电源的设计与应用[m]，电子工
业出版社，2001.
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