LT1248在PFC整流电路中的应用

发布时间：2020-06-30 23:24:42 阅读：次来源：烟油厂家

引言 lt1248是凌特公司推出的一款功能较强大的pfc（power factor correct）控制芯片。该芯片采用dip16封装，具有以下特点：

本文引用地址：（1）能够适应宽范围内的负载变化。

（2）采用平均电流控制方法。

（3）输出驱动电流峰值达1.5a。

（4）低静态工作电流、高开关噪声抑制。

（5）内部集成了多重的保护。

（6）特有同步信号处理能力。

lt1248在开关电源的前级输入预调制器和ups整流侧pfc电路等ac-dc变换场合，能够很好的控制输入功率因数，减少对电网的干扰，有着很高的应用价值。

lt1248的内部结构和工作原理

lt1248的内部结构如图1所示，按功能的不同大体分为三个部分，基本运算单元（含电压误差放大器、乘法器、电流放大器）；

保护单元（含过压保护电路、过流保护电路、欠压保护电路、开机软启动电路和保护信号综合电路）；功能实现单元（含pwm比较器、rs触发器、同步信号发生器、振荡器、图腾柱和7.5v基准输出等）。

基本运算单元

lt1248基本运算单元的控制结构框图如图2所示。图中基本运算单元将11脚检测到的输出电压反馈信号与内部7.5v给定电压相减，经电压调节器后，与6脚检测到的输入电压反馈信号相乘，得到输入电流给定指令，再与4脚检测到的输入电流反馈相减，经电流调节器，形成控制量，该控制量与三角波比较，生成占空比可调的pwm驱动脉冲，驱动电路中的开关管的通断，最终实现apfc控制的目的。常见的输入电流给定信号与输入电流反馈信号的比较策略有三种：峰值电流比较、滞环电流比较和平均电流比较。前两种比较策略所用的器件较少，但是容易受噪声的干扰，使系统控制精度降低。lt1248采用的是平均电流比较的策略，很好的提高了控制的精度。同时，lt1248采用的是电压电流双环控制的方法，电压环的输出成为电流环的给定，这样即保证了输出电压的恒定，又保证了输入电流与输入电压的同相位，同时也提高了系统控制动态特性。

保护单元 lt1248除了可以完成基本的驱动开关管功能之外，还集成了完善的过压、过流保护和欠压封锁等功能。

过压保护在芯片内部有三重保护：

（1）由8脚ovp检测到输出电压信号，与7.9v相比，比较器输出低电平封锁乘法器的输出，使乘法器输出电流为零。

（2）因为电流放大器有失调电压，当im＝0a时，电流放大器也会有输出，输出电压可能继续增大，这时，vsense检测过大，使7脚vaout16v时，开放软启动控制器，vref输出7.5v。只要vcc不低于10v，lt1248就一直工作正常。一旦vcc<10v，封锁软启动控制器和vref，输出脉冲同时也被与门封锁。

lt1248在pfc整流电路中的应用

本设计的pfc整流电路的技术指标为：

输入电压范围：150vac~270vac；

额定输入电压：220vac；

额定输出电压：380vdc；

满载输入电流：6.8aac；

满载输入功率：1.5kw；

输入功率因数：0.95以上，

具体实现电路图如图3所示。

rc振荡电路该电路决定了pfc工作的频率，r越大，充电电流越小，充电时间越长，频率越小。反之，r越小，频率则越大。频率越大，输入电流跟踪特性越好，输入谐波越小，但电磁干扰也会更严重一些，对器件的要求也相应越高。该芯片频率的计算公式为： f=1.5/(r_{set} c_{set})。一般来说，pfc可以工作在100khz左右，随着输入功率的增大，工作频率要相应降低。本设计考虑输入功率较大，选择f＝20khz。此时，选rset＝75k ，cset＝1n。

输出电压检测和电压误差放大器

在直流输出端接电阻分压，分压比为50﹕1，为了不消耗过大的能量，提高效率，取分压电阻为1m 和20k 。该检测电压直接送ovp用来检测过压保护。同时，通过电阻r6＝20k 送电压误差放大器的反相端输入vsense。反馈电路的参数设计为：r7＝330k ，c6＝0.47 f，c5=0.047 f，这里c5较小，起滤波作用，忽略c5得该电路传递函数:

比例系数为－16.5，积分时间常数为0.1551。输入电流检测和电流误差放大器

由于rset＝75k ，im(max)＝3.75v/

75k =0.05ma，而主电路的最大电流值为：

(这里k可选1.1~1.3之间的值) 电流互感器检测比为100:1，故is=170ma，由公式，取r3=3.4k欧姆，，取r3=3.4k欧姆，rs＝1欧姆。值得注意的是这里的电流检测值不是由isense直接输入的，而是通过mout输入一个负电平，与im送来的给定电流值相加，形成加法电路，实际还是相当于给定电流与反馈电流相减的作用。

电流误差放大器的反馈参数设计为：c3＝100pf，c4＝1nf，r4＝4k ，r5＝20k 。

过流保护电路

因为内部第一重过流保护设的是17a，所以这里设20a为第二重的过流保护。rs左端电压为 0.2v，又因为脚2（pklim）有50 a的静态输出电流，所以得：取r9＝1k ，r10＝51k 。

软启动电路

lt1248上电后，输出电压还没有升到额定值，此时如果给定的电压突然加上，就会使电压误差放大器输出过大。所以，在13引脚（ss）接上一个rc充电的回路，内置一个12 a的电流源，上电后由电流源给ss端充电，直到＋7.5v停止。这里设r＝50k ，c＝0.01 f，充电时间常数为rc=5 104 10 8＝0.5ms。大约3～5个时间常数后电容上电压充满。驱动脉冲

输出电路

外接一个10 的电阻接到mosfet驱动端，防止驱动过流，同时通过一个15v的稳压管接地，将该处电平钳位在15v。

实验结果波形与分析

图4是100%阻性满载时，pfc整流输入电压与输出电压的波形，电压探头10倍衰减，电流钳的检测比为1a/10mv，由实验波形可以看出，电流波形和电压波形基本同相位，且近似为正弦，很好的做到了输入功率因数校正的作用。

图5是用wavestar软件分析的100%阻性满载时输入电流波形的thd，计算得thd＝3.152%。另外，在试验过程中，做了空载，30%，60%，100%，120%，150%等负载下的电流波形试验。因为相差1度功率因数为99.98%，相差10度也有98.48%，所以电流的波形畸变率是关系到功率因数高低的重要标志。表1记载的是各种负载情况下输入电流波形thd值。表中发现空载时情况最为恶劣，不仅电流波形thd高，而且电流与电压相位差大，随着负载的增加，相位差基本趋于零，电流波形thd下降，到满载时降到最低，接着又随负载的过载而略有增加。这是因为当负载变化时，整个系统的控制模型发生了变化，而基于满载时设计的电压、电流反馈的pi参数是一个定值，所以造成了空载、轻载时输入电流thd过大的情况。

总结本文对pfc控制芯片lt1248的内部结构和工作原理做了细致阐述，介绍了应用lt1248的pfc整流电路的设计实例，最后给出了试验的波形并进行了分析。采用lt1248做控制芯片的pfc电路，设计简单，输入电流波形好，省去了复杂的软件编制，并集成了多重保护，做到了硬件电路设计的小型化与简单化，能够在实际生产中推广应用。