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基于单周期控制的IRll50型PFC控制IC及其应用

• 摘要：IRll50是一种在宽范围输入线路电压下以连续导电模式(CCM)工作的功率因数校正(PFC)控制IC。IRll50基于IR公司的“单周期控制”(OCC)专有技术，为PFC提供低成本解决方案。文中介绍IRll50的结构、特点和工作原理，给出其典型应用电路。
  关键词：单周差模电感期控制；CCM-PFC；控制电路；IRll50；应用

  
  1 引言
  7差模电感5 W以上家用电器及类似电气设备的电流谐波，都必须符合IECl00-3-2(及日本JICC61000-3-2、中国CCC等)强制性规范中的限量要求。为此，开关电源和电子镇流器等都必须采取PFC措施。对于基于控制IC的有源PFC升压变换器而言，主要有3种类型，即电感电流不连续导电模式(DCM)、临界导电模式(CRM)和连续导电模式(CCM)。其中，CCM控制IC及其组成的PFC变换器电路比较复杂，适用功率范围为200 W～4 500W。传统CCM PFC电路都采用16引脚至20引脚DIP或SO封装，在应用中、外围元件较多，系统成本较高。IR公司采用“单周期控制”专利技术发明的CCM下工作的PFC控制器IRll50的封装引脚减少到8个，使PFC预调节器印制电路板(PCB)面积缩小50％，外部阻容元件减少40％。IRll50的使能启动、微功率启动和睡眠模式等特征符合待机功率小于1 W的“蓝天使”和“能源之星”等节能标准。
  IRll50的主要特点如下：
  CCM升压型PFC，并以单周期控制专利技术为基础；
  无需外部AC线路电压检测电路；
  开关频率(50 kHz~200 kHz)可编程,最短关断时间为150 ns~350 ns，最大占空比限制在90805电感8％；
  输出过电压/欠电压保护、软启动、逐周峰值电流限制、开环保护、Vcc欠电压锁定、锁存抗扰及静电放电(ESD)保护；
  微功率启动(<200μA)及微功率“休眠”模式；
  快速1.5 A峰值栅极驱动电流,使其输出功率范围超过l kW(最高达4 kW)；
  栅极驱动器内部被箝位在13 V电平；
  采用8引脚SOIC封装。
  

  2 引脚功能及推荐工作条件
  IRll50的引脚排列如图1所示。各个引脚功能如下所述：

  

  脚1(COM)：IC地。
  脚2(FREQ)：该引脚与COM之间连接一只电阻器，用作开关频率设置(50 kHz～200 kHz)。
  脚3(ISNS)：电流检测输入与峰值电流限制。该引脚上的电压是外部电流检测电阻器上的负电压降,表示峰值电感电流。该引脚上的电压经内部前沿消隐输入到门限为-1 V的峰值电流限制保护比较差模电感器器,同时被回馈到内部电流检测放大器。电流检测放大器输出高频噪声被滤除，而后注入到求和节点。
  脚4(OVP/ENA)：过电压保护/使能输入。该引脚内部过电压保护(OVP)比较器门限电平为VREF(7V)的105.5％，可在外部利用电阻分压器来编程。该引脚又是IC“休眠”模式使能端。只要将该引脚上的电压拉低到O.62 V以下,“休眠”模式就被激活。
  脚5(COMP)：电压环路补偿。该引脚是内部电压误差放大器输出，当发生故障时，该引脚将经过内部电阻器放电。
  脚6(VFB)：输出电压反馈。PFC升压变换器DC输出电压利用电阻分压器采样,经该引脚输入到内部电压误差放大器反相端。电压误差放大器为运算跨导放大器(0TA)。
  脚7(VCC)：供电电压。该引脚导通阈工字电感器值VCC(on)典型值为12.7 V,关断门限VCC(UVLO)为10.7V。
  脚8(CATE)：栅极驱动器输出，提供±1.5A的峰值驱动电流。
  IRll50的推荐工作条件如下：
  电源电压VCC:15 V~20 V(典型值为18 V)；
  开关频率fSW:50 kHz~200 kHz；
  频率设置电阻RSET:165 kΩ～37 kΩ；
  结温TJ:-25℃～+125℃；
  工作温度TA:O℃～70℃。
  

  3 工作原理与工作状态转接
  图2所示为IRll50的内部结构框图。

  

  与传统CCM-PFC控制器比较,IRll50不含输入电压检测、模拟乘法器及定频三角波振荡器。IRll50采用单周期控制技术从根本上替代了常规CCM-PFC解决方案。IRll50引入一种带有复位电路的专用整合器控制单元，使电压误差放大器输出叠加在每个时钟周期上，产生可变的三角波。这种三角波与误差电压波形比较,并从电流检测信号中扣除,产生PWM栅极驱动信号。
  IRll50工作利用两个环路:一个是电流环路，另一个是电压环路。内部电流环路是快速和可靠的，电流参考的产生不需要输入电压检测。电流环路利用嵌入的输入电压信号迫使平均输入电流随输入电压瞬时变化。外部电压环路控制PFC升压变换器的DC输出电压。电压误差放大器产生的输出电压直接控制积分器斜坡信号的斜率和平均输入电流的幅度。二个控制环路结合的结果，使AC输入平均电流(即经输入高频旁路电容器和EMI滤波器后的低频电流)与AC输入电压成正比，并且呈正弦波形，与输入电压保持同相位，从而产生几乎等于1的功率因数。当变换器在轻载下工作时，在AC线路电压过零附近的电流波形将出现一定的失真，但所产生的谐波电流仍可在IECl000-3-2标准的D类限值之内。

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