典型PFC的应用评论

PFC预调节器是两级功率系统中特有的部分。第一级为一个升压转换器，该转换器通过平均电流模式控制得到输入电流波形，以实现单位功率因数。要使升压转换器能正常运行，这就需要一个高于输入电压的输出电压，并且第二级需要对该电压进行降压，使其成为可用输出电压。

图1（见最后一页）所示原理图表明，PFC预调节器设计用于在脱离通用线电压（如85Vrms至265Vrms之间）的情况下运行，并将DC输出调节为385v和250w。第二个功率级一般位于这个预调节器的下游，该预调节器是专门设计用于在输入电压为其输出电压的75%时正常工作，这样便可以应对“欠压”的情况。

所带来的挑战

在一些应用中，设计工作需要一个快速启动，而并不会选择缓慢的升压。加速软启动最大的问题是由升压引起的过冲现象：图1所示的升压电容(C12)电气应力。

需要设计一个如图1所示的电路来实现在300ms时间以内的软启动。设计方面的要求是在300ms时间内升压不超过其目标输出电压的75%。图5的波形反应了该设计的软启动特性。CH1是指输出电压(Vout)，CH2是指电压放大器输出电压(VAOUT)，CH3是指软启动(SS)电压，而CH4则是指来自UCC3817的DRVOUT 引脚的栅极驱动信号。UCC3817控制升压开关Q1。

该电源的设计，是为了使输出电压(Vout)跟UCC3817PFC控制器引脚13处的软启动(SS)电压。但是，由于转换器的电压环路响应较慢，输出电压并没有跟踪SS，而是在上电过程中出现过冲，并达到将近13%的过冲量，大约435V的峰值。从图3的波形可以观察到，控制IC的软启动功能运行正常。输出电压和VAOUT会跟踪软启动，一直到输出电压达到385V。一旦VOUT超过385V，由于需要一个最小的占空比，电压放大器输出会降低，但是电压环路响应太慢而无法避免出现过冲现象。

解决方案

图6所示的简易电路可以用于消除过冲现象，并加速电源启动特性。通过去除R3和C4并连接额外电路，便可实现这样的电路。如欲了解完整的电路实施过程，请参见图1和图6。

工作原理

电压环路会将VSENSE引脚电压调节到大约7.5V。电路的功能是加载一个2V电压至VSENSE引脚，该引脚在上电期间会欺骗(fooling)电压放大器。当升压达到其调节输出电压的75%时，这种做法将会导致Q1的栅极驱动关闭，从而降低上电期间输出端的过冲峰值数量。

该电路充分利用了软启动功能，许多PWM控制集成电路都有这样的功能。PWM控制器的软启动(SS)引脚会提供10A的充电电流，当SS引脚电压达到一个5-V直流电的电平时，才会停止提供充电电流。二极管DA、晶体管QA和QB以及电容器C4共同构成了电路时序。在对电容器C4进行充电时，晶体管QA开启，使PNP晶体管QB栅极电压下降。分压器是由RB、RC和R3A以及二极管DB组成，在上电期间可以通过其依次给VSENSE引脚加载一个大约2V的电压。待电容器CA完全充电后，晶体管QA关闭，从而使电路失效。

电路实施

将图6的电路添加到图1所示的升压调节器中。图7所示的示波器图表明了升压调节器的启动特性。CH1是指输出电压(Vout)，CH2是指电压放大器输出电压(VAOUT)，CH3是指软启动(SS)电压，而CH4则是指来自UCC3817的DRVOUT引脚的栅极驱动信号。UCC3817控制升压开关Q1。在该波形中，我们可以观察到该电路是符合设计要求的。升压电压绝不能高于385V，并且要在300ms时间内被调节至额定电压的75%。

结论

为了满足THD和PF 要求，PFC预调节器的环路频率通常约为10Hz。电压环路需要近500ms的时间来对大信号瞬态进行响应，例如：启动等。为了解决该问题，电源设计人员通常的做法是，使他们设计的软启动功能变慢。然而，使用上述简易电路不但可以减少过冲现象，而且还可以缩短预调节器上电的时间。

作者简介

John Bottrill 现任 TI 电源转换产品部高级应用工程师。他毕业于加拿大金斯敦皇后大学 (Queen's University)，获电子工程理学士学位。如欲联系作者，请发送邮件至 john_bottrill@ti.com。

Michael O’Loughlin 现任 TI 高性能模拟产品部消费类电子应用工程师。他毕业于麻塞诸塞州立大学 (University of Massachusetts)，获电子工程理学士学位。如欲联系作者，请发送邮件至 michael_oloughlin@ti.com。

编者注释：为了便于理解，我们将完整的 PFC 应用电路（请参阅图 1）附在了该 TechNote 的最后一页。需要将该电路单独保存的读者，请登录以下网址进行下载：http://www.analogZONE.com/pwrt1101a.pdf 或者http://www.analogZONE.com/pwrt1101a.jpg