任學強，冉云飛

（連云港杰瑞電子有限公司，江蘇 連云港 222000）

0 引 言

有源功率因數(shù)校正已成為隔離式開關電源的一項要求，如果控制輸入電流與輸入電壓成比，可實現(xiàn)最高為1的功率因數(shù)[1]。LT8312是功率因數(shù)校正控制芯片?；贚T8312的設計，可采用有源方式調整輸入電流，實現(xiàn)大于0.99的功率因數(shù)，從而達到減少大多數(shù)諧波電流干擾其他設備的目的。LT8312非常適合廣泛的離線應用程序，外部組件可以放大或縮小輸入范圍，輸出效率可達95%以上，功率可達250 W。

1 LT8312的基本組成

LT8312原理圖如圖1所示，其由以下幾部分組成。第一，電流比較器（A1）。開關電流采樣信號經(jīng)運算放器A4后，加到電流比較器的同相輸入端，乘法器輸出加到反相輸入端，輸出端接鎖存器的R端，當比較器輸出高電平時，復位鎖存器。第二，DCM比較器（A2）。采樣的主回路電流波形加到比較器的同相輸入端，反相輸入端為1.22 V基準電壓，輸出端經(jīng)單觸發(fā)電路接到鎖存器的S端，當比較器輸出高電平時，單次置位鎖存器。第三，輸入電壓采樣反向器（A3）。采樣輸入電壓波形，經(jīng)反相器反相后加到乘法器的輸入端。第四，輸出電流采樣放大器（A4）。采樣開關輸出電流值，經(jīng)放大器放大后加到電流比較器的輸入端。第五，乘法器（MULTIPLER）。乘法器的輸入端接反相器A3和A6的輸出，輸出端加到電流比較器A1的反相輸入端。第六，反相器（A6）。電壓誤差放大器輸出經(jīng)隔離反相后加到乘法器的輸入。第七，運算放大器（A7）。反相輸入端為1.22 V基準源，同相端為VIN經(jīng)R10、R11電阻的分壓值，輸出接P溝道MSOFET，構成線性穩(wěn)壓電路，為柵極驅動提供電壓。第八，電壓誤差放大器（A8）。輸出電壓經(jīng)電阻分壓后加到反相輸入端，與同相輸入端的1.22 V基準電壓比較，差值經(jīng)放大反相后加到反相器的輸入端。

2 LT8312的引腳定義

GND(1、2、3、7、8腳)：接地端，內部所有電壓的測試基準點。

VREF（4腳）：電壓基準輸出端。典型值為2 V，可提供多達200 μA的驅動電流。

OVP（5腳）：過電壓保護端。此引腳通過分壓電阻接入到VREF端，作為電路過壓保護的參考電壓。當FB引腳電壓高于此引腳電壓時，芯片停止轉換，以保護輸出端器件。

VC（6腳）：內部誤差放大器的補償端。此引腳通過串聯(lián)RC網(wǎng)絡連接到接地端，以補償誤差放大器，并聯(lián)一個100 pF電容器以降低干擾。

FB（9腳）：電壓環(huán)反饋端。此引腳用于調節(jié)輸出電壓，通常由電阻分壓實現(xiàn)。

DCM（10腳）：不連續(xù)導通模式檢測端。通過電容器和電阻器串聯(lián)到輔助繞組。

VIN（11腳）：輸入電壓。此引腳提供內部啟動電路工作所需的電流和內部低壓差線性穩(wěn)壓電路（LDO）所需的電壓，應用時必須外接旁路電容，內部并聯(lián)了42 V穩(wěn)壓電路。

EN/UVLO（12腳）：使能/欠壓鎖定端。通過VIN電阻分壓連接到此引腳，以設定LT8312工作的最小輸入電壓。當?shù)陀?.25 V時，該部件將輸出60 μA電流，大部分內部電路失效，并輸出10 μA滯環(huán)電流；當超過1.25 V時，該部分使能并開始工作，同時關閉10 μA滯環(huán)電流的輸出。

INTVCC（13腳）：內部負載和門驅動器的線性穩(wěn)壓電路供電端。VIN提供并穩(wěn)壓到10 V（典型值），此引腳必須外接一個4.7 μF的電容器。

GATE（14腳）：N溝 道FET柵 極。 電 壓 在INTVCC和GND之間切換，在關狀態(tài)下輸出接地，在開狀態(tài)下輸出接INTVCC電壓。

SENSE（15腳）：控制回路的電流采樣端。此引腳接在N溝道FET的源極和與其連接的電流采樣電阻的正極，采樣電阻的負極應放置在芯片接地端最近的位置。

VIN（SENSE）（16腳）：輸入電壓采樣端。該引腳通過采樣交流輸入電壓，實現(xiàn)功率因數(shù)校正功能，需要串聯(lián)一個電阻器到此引腳。

圖1 LT8312原理圖

3 工作原理

LT8312在電流模式控制和臨界導電模式的應用中，可以實現(xiàn)高功率因數(shù)和低諧波失真。圖1顯示了芯片的總體視圖，外圍組件選擇Boost拓撲配置，輔助繞組在穩(wěn)態(tài)運行時為芯片供電[2]。

3.1 啟動過程

LT8312在高隔離電壓狀態(tài)下采用滯回啟動的方式工作，連接電源電壓的電阻器用于保護芯片不受高壓影響。該電阻器連接到芯片的VIN引腳，并旁路一個電容。當VIN引腳充電到EN/UVLO設置的啟動電壓，而INTVCC引腳處電壓達到穩(wěn)壓點時，芯片正常工作。該電阻器不能為LT8312穩(wěn)態(tài)工作提供電源，而是依靠電容器啟動，輔助繞組取代電阻為VIN引腳提供電源。內部穩(wěn)壓電路連接VIN引腳，以防止電阻器電流超過此引腳的絕對最大電壓。內部穩(wěn)壓電路電壓值為40 V，室溫下可輸出8 mA（典型值）電流。

3.2 校正過程

在一個典型的工作周期中，柵極驅動器打開外部MOSFET，電流流過電感，此電流以與輸入電壓成正比的速率增加?？刂苹芈反_定最大電流，當達到電流限值時，在電流比較器的作用下關閉驅動器。當外部MOSFET關閉時，電感電流流到輸出電容器的二極管，此電流以與輸出電壓和輸入電壓之差成正比的速率減小。當電流減小到零時，輸出二極管關閉，MOSFET漏極上的電壓在寄生電容和電感的作用下產(chǎn)生振鈴，輔助繞組與主電感相同，會產(chǎn)生電壓變化和振鈴現(xiàn)象。當發(fā)生振鈴時，連接到DCM引腳的C1電容器觸發(fā)比較器A2（為dv/dt檢測器），dv/dt檢測器等待振鈴波形達到最小值，柵極驅動器重新打開。這種開關動作類似于零電壓開關，將開關動作損失的能量減少到最小，效率提高了5%。由于其工作在連續(xù)導電模式和非連續(xù)導電模式的邊緣；因此，這種工作模式被稱為臨界導電模式(或邊界傳導模式)。在低電流限值下，臨界導電模式的頻率會升高，LT8312的最大頻率鉗為400 kHz。當自然臨界導通模式的頻率大于400 kHz時，該芯片工作在不連續(xù)導通模式。

3.3 反饋過程

輸出電壓通過連接FB引腳的電壓進行調節(jié)，連接內部誤差放大器的反相輸入端，同相輸入端是1.22 V基準電壓。通常情況下，F(xiàn)B引腳電壓通過輸出端電阻分壓獲得，該引腳額定電壓值為1.25 V。

4 部分參數(shù)的設置和選擇

4.1 設置VIN開啟電壓與VIN關斷電壓

開啟和關斷電壓差值應大一些，以保證輔助繞組有足夠的時間提供能量。EN/UVLO引腳設置兩個電壓值，當引腳電壓小于1.25 V時，可提供10 μA的灌電流；當超過1.25 V時，可提供0 μA的灌電流。VIN引腳電壓可通過電阻分壓方式獲得，如圖2所示。

圖2 EN/UVLO

VIN上升時的UVLO閾值為：

VIN下降時的UVLO閾值為：

4.2 設置輸出電壓

輸出電容處使用電阻分壓連接到FB引腳。由圖1可知，電阻R3和R4從輸出電容中形成電阻分壓。輸出電壓公式：

4.3 設置VIN(SENSE)電阻

VIN（SENSE）電阻器設置內部乘法器（調節(jié)功率因數(shù)的關鍵部件）輸入電流限制值。當為最大線路電壓VMAX時，電流設置為360 μA，在此條件下，電阻值等于(VMAX/360 μA)。

4.4 設置VC端電容

反饋環(huán)通過傳統(tǒng)的跨導誤差放大器實現(xiàn)。設置環(huán)路交叉頻率低于母線頻率的兩倍，以保證PFC正常工作。在一個典型的應用中，VC端補償電容為1 μF。

4.5 設置DCM端電容

不連續(xù)模式檢測器采用交流耦合方式檢測輔助繞組的振鈴波形。大多數(shù)設計中，推薦使用等效內阻為30 kΩ阻值的22 pF電容器。

4.6 電流檢測電阻的選擇

RSENSE設置在外部N溝道MOSFET的源極和GND之間，選擇適當?shù)淖柚堤峁╅_關電流以驅動應用，且不超過電流限制閾值。

4.7 MOSFET和二極管選擇

LT8312柵極驅動電流達到1.9 A，能有效驅動大多數(shù)高壓MOSFET。建議采用低QG MOSFET，以最大限度提高效率。大多數(shù)應用中，應選擇RDS（ON）參數(shù)控制MOSFET的溫升。當MOSFET關閉、二極管導通時，MOSFET的漏極電壓應為Vout端電壓；當開關打開時，二極管電壓應為Vout端電壓，通過二極管的平均電流應為負載電流。

5 注意事項

（1）輸入范圍：LT8312可以在65～90 V的交流輸入電壓中工作。（2）最小電流限制：LT8312的最小電流限制約為峰值電流極限的3%，這有助于改善輸入供電變化產(chǎn)生的諧波失真。（3）控制回路的工作頻率：當VIN(SENSE)引腳用電阻連接電源電壓時，電流極限與電源電壓成比例。如果LT8312被配置為快速控制環(huán)，VC引腳將根據(jù)VIN（SENSE）的變化進行調整。要想乘法器發(fā)揮作用，唯一方法是將控制回路參數(shù)設置為比VIN（SENSE）信號的基頻更慢的數(shù)量級。隔離式電源的應用中，電源電壓的基頻為100 Hz，因此控制回路的單位增益頻率需設置在10 Hz以下。

圖3 電路圖實例

6 實際應用電路

根據(jù)工作原理，選擇適當參數(shù)，設計一款實用產(chǎn)品，如圖3所示。

用示波器測試實際輸出電壓波形，如圖4所示。

圖4 輸出電壓波形

7 結 論

LT8312芯片具有高功率因數(shù)、低諧波失真、過壓保護、超低空載功耗和16引腳超小外形封裝等優(yōu)點。采用該芯片設計的電路僅需要少量的外圍器件即可實現(xiàn)功率因數(shù)校正功能，可應用于工業(yè)領域和航空領域。