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摘要：IR1150是单周期控制的功率因数校正芯片，采用的是电流连续控制模式，相对于传统的PFC控制芯片，它的外围电路设计更简单，同时可以达到同样的控制效果。本文介绍了IR1150的原理和应用，设计了以IR1150为主控芯片的功率因数校正电路，给出了设计电路和实验波形，对电路中的重要参数进行了分析和计算。实验结果表明，IR1150使用方便，对功率因数的校正具有很好的效果。
关键词：功率因数校正；IR1150；单周期控制
1、 引言
开关电源中包含非线性元件整流桥和储能元件滤波大电容，使得电路输入电流的波形严重畸变为非正弦的脉冲状，这对于电网会产生比较严重的谐波污染，严重降低了电路的功率因数。
解决上述问题的有效方法便是加入功率因数校正PFC（Power Factor Correction）级。传统的功率因数校正电路技术复杂，设计起来比较繁琐，比如使用UC3854开发的PFC电路，成本高，体积大。而采用新型的单周期控制技术OCC（One Cycle Control）的芯片，克服了传统芯片的缺点。OCC技术方案中不需要复杂的模拟器，不需要对输入电压进行采样，也无需固定三角波振荡器，而是采用一种带有复位开关的积分器。该控制技术大大简化了传统PFC变换器电路，外围电路所需的元器件少，成本变低，控制效果却同样出色。
控制电路包括了一个内部电流环和一个外部电压环。输出直流电压经分压电阻后接入引脚6，进入内部电压误差放大器U1的反相输入端，通过与基准电压Uref比较后得到调制电压Um。電流检测电阻的电压经电流检测放大器放大后与Um进行运算，所得电压与经带有复位开关的积分器得到的三角波接入比较器，通过两者的比较可以得到引脚8的栅极输出信号。
IR1150的工作波形如下图2所示。在t1时刻，时钟CLK产生的脉冲将Rs触发器置位，Q端输出高电平，驱动电路开通了开关管，积分器工作，三角波开始上升，知道t2时刻，与相等。之后比较器U2翻转输出高电平，Rs触发器复位。Q端输出低电平，开关管关断，直到下一个初始时刻来临，如此反复。可见开关管的占空比D是由和的幅值比较所得。
引脚3（ISN5）：电流采样输入端。该引脚也是电流检测放大器反相输入与峰值电流限制输入，其电压是负值。电流检测信号同时也被馈送到电流检测放大器，经放大的信号通过内部电容滤除高频噪声，注入到求和节点，并从补偿电压Vcomp中被减去。
引脚4（OVP/EN）：过电压保护与使能端。该引脚是门限电压为1.055VREF的过电压保护比较输入。当PFC变换器输出电压经电阻分压器检测输入到该引脚上的电压超过内部门限电平时，IC的栅极驱动将被禁止。该引脚也用作栅极激活睡眠模式。当该引脚上的电压拉低到0.62V以下时，芯片就会进入睡眠模式，这时进入节能模式，总电流消耗不大于200uA。
引脚5（COMP）：电压环路补偿端。该引脚为IC误差放大器输出，从该引脚到地连接电压环路补偿网络。当发生故障模式时，该引脚将经过内部电阻放电。
引脚6（VFB）：输出电压反馈。PFC升压变换器的输出直流电压经过电阻分压采样输入到该引脚及内部的电压误差放大器的反相输入端。分压总电阻典型值为1。
引脚7（Vcc）：IC的供电电压端。
引脚8（GATE）：栅极驱动输出端。由芯片输出提供±1.5V的峰值电压和灌入电流，以控制开关管的开通和关断。
3、系统设计与实验结果
设计了一台功率为2000W的功率因数校正装置。主电路采用Boost升压型电路，控制电路由IR1150及其外围元件构成。
电路的主要参数为：输入交流电压100V～140V，频率50Hz，输出直流电压设计为200V，输出最大功率Po=2000W，设计效率η=90%，开关频率50KHz。电路的原理图如下：
在芯片的供电电压、直流输出电压处需加滤波电容以减小干扰，在电压反馈分压电阻、过压保护分压电阻处应加小电容以滤除高频干扰，使得采集到的电压值不会有太大波动，比较平稳，没有尖峰。
4、结论
经过实验对比，基于IR1150的PFC校正电路可以有效的对畸变的输入电流进行校正，达到预期的目标，使得输入电流较好的跟踪输入电压的波形。而且基于单周期新型控制方法的芯片用起来简单，外围电路的面积减少很多，成本较低。但IR1150的抗干扰能力不强，对于PCB板的布局要求较高，在实验中发现如果PCB板布局布线不合理，输入电流和输入电压的波形会出现许多尖峰和毛刺，无法消除，并且电流的校正无法达到正弦，严重影响校正结果。
参考文献
[1] 路秋生.功率因数校正技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2] 毛兴武，祝大卫.功率因数校正原理与控制IC及其应用设计[M].北京：中国电力出版社，2007.
[3] 张厚升. 基于 IR1150 的单相高功率因数整流器设计与实现[J]. 电力自动化设备， 2007， 27（6）： 90-95.
[4] 朱锋， 龚春英. 单周期控制 Boost PFC 变换器分析与设计[J]. 电力电子技术， 2007， 41（1）： 100-102.
[5] 王占庆.基于单周期控制专利技术的IR1150型功率因数校正控制电路及其应用[J].国外电子元器件，2006（5）：39-42.
关键词：功率因数校正；IR1150；单周期控制
1、 引言
开关电源中包含非线性元件整流桥和储能元件滤波大电容，使得电路输入电流的波形严重畸变为非正弦的脉冲状，这对于电网会产生比较严重的谐波污染，严重降低了电路的功率因数。
解决上述问题的有效方法便是加入功率因数校正PFC（Power Factor Correction）级。传统的功率因数校正电路技术复杂，设计起来比较繁琐，比如使用UC3854开发的PFC电路，成本高，体积大。而采用新型的单周期控制技术OCC（One Cycle Control）的芯片，克服了传统芯片的缺点。OCC技术方案中不需要复杂的模拟器，不需要对输入电压进行采样，也无需固定三角波振荡器，而是采用一种带有复位开关的积分器。该控制技术大大简化了传统PFC变换器电路，外围电路所需的元器件少，成本变低，控制效果却同样出色。
控制电路包括了一个内部电流环和一个外部电压环。输出直流电压经分压电阻后接入引脚6，进入内部电压误差放大器U1的反相输入端，通过与基准电压Uref比较后得到调制电压Um。電流检测电阻的电压经电流检测放大器放大后与Um进行运算，所得电压与经带有复位开关的积分器得到的三角波接入比较器，通过两者的比较可以得到引脚8的栅极输出信号。
IR1150的工作波形如下图2所示。在t1时刻，时钟CLK产生的脉冲将Rs触发器置位，Q端输出高电平，驱动电路开通了开关管，积分器工作，三角波开始上升，知道t2时刻，与相等。之后比较器U2翻转输出高电平，Rs触发器复位。Q端输出低电平，开关管关断，直到下一个初始时刻来临，如此反复。可见开关管的占空比D是由和的幅值比较所得。
引脚3（ISN5）：电流采样输入端。该引脚也是电流检测放大器反相输入与峰值电流限制输入，其电压是负值。电流检测信号同时也被馈送到电流检测放大器，经放大的信号通过内部电容滤除高频噪声，注入到求和节点，并从补偿电压Vcomp中被减去。
引脚4（OVP/EN）：过电压保护与使能端。该引脚是门限电压为1.055VREF的过电压保护比较输入。当PFC变换器输出电压经电阻分压器检测输入到该引脚上的电压超过内部门限电平时，IC的栅极驱动将被禁止。该引脚也用作栅极激活睡眠模式。当该引脚上的电压拉低到0.62V以下时，芯片就会进入睡眠模式，这时进入节能模式，总电流消耗不大于200uA。
引脚5（COMP）：电压环路补偿端。该引脚为IC误差放大器输出，从该引脚到地连接电压环路补偿网络。当发生故障模式时，该引脚将经过内部电阻放电。
引脚6（VFB）：输出电压反馈。PFC升压变换器的输出直流电压经过电阻分压采样输入到该引脚及内部的电压误差放大器的反相输入端。分压总电阻典型值为1。
引脚7（Vcc）：IC的供电电压端。
引脚8（GATE）：栅极驱动输出端。由芯片输出提供±1.5V的峰值电压和灌入电流，以控制开关管的开通和关断。
3、系统设计与实验结果
设计了一台功率为2000W的功率因数校正装置。主电路采用Boost升压型电路，控制电路由IR1150及其外围元件构成。
电路的主要参数为：输入交流电压100V～140V，频率50Hz，输出直流电压设计为200V，输出最大功率Po=2000W，设计效率η=90%，开关频率50KHz。电路的原理图如下：
在芯片的供电电压、直流输出电压处需加滤波电容以减小干扰，在电压反馈分压电阻、过压保护分压电阻处应加小电容以滤除高频干扰，使得采集到的电压值不会有太大波动，比较平稳，没有尖峰。
4、结论
经过实验对比，基于IR1150的PFC校正电路可以有效的对畸变的输入电流进行校正，达到预期的目标，使得输入电流较好的跟踪输入电压的波形。而且基于单周期新型控制方法的芯片用起来简单，外围电路的面积减少很多，成本较低。但IR1150的抗干扰能力不强，对于PCB板的布局要求较高，在实验中发现如果PCB板布局布线不合理，输入电流和输入电压的波形会出现许多尖峰和毛刺，无法消除，并且电流的校正无法达到正弦，严重影响校正结果。
参考文献
[1] 路秋生.功率因数校正技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2] 毛兴武，祝大卫.功率因数校正原理与控制IC及其应用设计[M].北京：中国电力出版社，2007.
[3] 张厚升. 基于 IR1150 的单相高功率因数整流器设计与实现[J]. 电力自动化设备， 2007， 27（6）： 90-95.
[4] 朱锋， 龚春英. 单周期控制 Boost PFC 变换器分析与设计[J]. 电力电子技术， 2007， 41（1）： 100-102.
[5] 王占庆.基于单周期控制专利技术的IR1150型功率因数校正控制电路及其应用[J].国外电子元器件，2006（5）：39-42.