TOPSwitch在PFC中的应用

TOPSwitch各开关周期的平均值IT(avg)可用公式（1）和（2）计算出来。公式中T为一个工作周期，IPK为TOPSwitch峰值电流，Uin是各个开关周期整流后交流输入电压瞬时值，fS是开关频率，LP是自感系数。

IT=IPK(T/2)(1)

　　第N个开关周期二极管上电流平均值ID（avg）用公式（3）求出，UO为直流输出电压，

　　这两个平均电流之和为电感电流平均值IL（avg）。交流输入瞬时电压，要求一个平均电流值与其对应。这个平均电流值将被作为100kHz开关电流波形的平均值来校正，与其相应的，可采用随输入电压瞬时值调占空比D的方式，即预补偿。工作周期T可用公式（5）进行计算。

3预补偿原理

　　对MOSFET用恒频恒占空比控制方式的缺点，如图7所示，在一个开关周期内IL平均值不随整流后电压瞬时值线性变化，即：输入电压瞬时值上升后，平均值上升更快。这样经过电源滤波后，产生如图4所示的非正弦波形，为了使电流波形进一步正弦化，可以采用预补偿的方式，即采用恒频非恒占空比的控制方式。

　　产生这种结果的原因是：在TOPSwitch的整个工作过程中，提升电感上的电流是TOPSwitch上电流和提升二极管电流的代数和（见公式IL=IT＋ID），TOPSwitch上的电流随着整流后的输入电压呈线性关系，平滑后是正弦电流。可是提升二极管上的电流随着输入电压的升高迅速上升，呈非线性关系，平滑后不是正弦电流。这样叠加的结果使提升电感上的电流就不是正弦的。因为提升二极管上的电流不受控，所以要想改善提升电感上电流波形，就只能通过控制IC改善TOPSwitch的电流波形，使TOPSwitch上的波形不是一个正弦波，来补偿提升二极管不是正弦波的缺陷。这个问题是很多无乘法器的控制IC在boost电路中普遍存在的问题，这些都可以通过预补偿的方式得以改善。改善的关键就是选择合适的预补偿电阻。

　　在输入高电压时减小IT的占空比，这样使得IL的波形就不再是像图4所示。经过补偿的电流波形如图6所示，这样IL的波形已经近似于正弦波，电路原理图如图8所示，通过预补偿电阻R1和直接输出电压检测电路控制流入TOPSwitch控制脚的电流，使TOPSwitch的调制方式变成恒频非恒占空比的方式，达到较为理想的PFC。占空比随瞬时输入电压变化呈线性关系，TOPSwitch具有电流线性控制占空比变换器，当流入TOPSwitch控制引脚的电流在2.0～6.0mA范围内增大时，TOPSwitch的占空比将从67％下降到1.7％，所以通过预补偿电阻来控制部分TOPSwitch控制引脚的电流来控制占空比。预补偿电阻的选择是很重要的（后文对预补偿电阻的选择有论述）。当整流后的电压最低时，TOPSwitch的控制引脚通过预补偿电阻R1泄放电流，使流入控制引脚的电流减小，这时TOPSwitch的占空比最大；随着整流后的输入电压的增高，流入TOPSwitch控制引脚的电流

图7预补偿前后TOPSwitch上的电流示意图

图8有预补偿的应用TOPSwitch的PFC电路原理图

也将逐渐增加，TOPSwitch的占空比逐渐减小，当输入电压达到最高时，TOPSwitch的占空比最小，这就完成了恒频非恒占空比的控制方式。在示意图图7中可以看出，预补偿以后，由于TOPSwitch上的电流减小了，使得在提升电感上的电流三角形的面积小于预补偿以前的，电流的平均值也就减小了，平滑后的电流波形也就接近正弦波形了，如图9所示。占空比随着瞬时输入电压的变化而变化。这时THD7％ ， PF为 0.98。 4 元 器 件 的 选 择 与 参 数 计 算

　　（1）TOPSwitch的选择表（见下表）

　　（2）预补偿电阻R1的计算

　　可利用公式（6）进行计算预补偿电阻R1（kΩ）

R1=APWM/SDV(6)

　　式中APWM是TOPSwitch占空比控制电流增益，为百分之十几/mA（一般典型值为16％/mA），SDV是测试的交流整流后的输入电压与占空比直线的斜率，可定为SDV=－0.067％/V，预补偿电阻R1也可以通过曲线计算出来，直流输出电压曲线和预补偿电阻的关系如图10所示。

　　（3）电感线圈的计算

图9有预补偿平滑后的电流波形