由于PFC的控制地和MOS管组成的双向开关的源极不共地,因此需要解决开关管浮地驱动问题。
【PFC驱动控制电路工作原理如下】
1.1驱动电路基本工作原理
其工作原理大致如下:DSP发出PWM驱动控制信号;驱动信号通过后级推挽等放大电路驱动隔离光藕实现驱动信号的隔离传输功能(隔离光耦将弱信号的控制地和强抖动电平的驱动地隔离,同时也利用光传输对前级驱动的电噪声进行屏蔽和抑制)。由于隔离光耦的输出电流有一定限制,无法直接驱动MOS管,故需通过驱动芯片将其输出电平信号进行整形和电平转化,最后驱动MOS管。
1.2隔离光藕和驱动芯片的选择
隔离光耦是整个驱动电路的关键器件,其选型需综合考虑最大工作隔离电压、开关速度、CMTI、传输延迟、最大开关频率、成本等指标。另外关于隔离光藕的带宽指标如何选择,其对于相位裕量的影响有多大,目前还不是十分清楚,还有待后续进一步研究。
同时,驱动芯片逻辑的选择也直接取决于电路光藕的选择。以下图中的电路为例,由于H7413Z PFC的开关频率为70KHz,故需选用高速光藕。下图中所选用的逻辑光藕U302的输入输出信号为反逻辑,
其输入输出波形示意如下图所示(以PS9317为例)。后级的驱动芯片U303也需选用反逻辑的芯片与之匹配,其输入输出逻辑如图3所示(以UCC27423为例)。
1.3 PWM信号的放大和电平转换
由于DSP的PWM信号幅值和输出电流均有限,无法直接驱动隔离光耦的原边LED,因此需使用电平转换和放大电路,提升驱动能力。并且还需根据所用隔离光耦的VF特性差异,设计不同的前级电路:
(1) 对于逻辑门光耦,其LED的VF离散性较小(例如HCNW2211为0.32V,见下图).
(2) 对于栅极驱动光耦,由于部分厂家LED的VF离散性较大(例如Renesas PS9552L3为0.45 V,见下图),
如果直接用推挽放大,当VF分别取到上下限时,IF很难设计在7-16mA之间(见下图)。
H941AZ设计之初为解决HCNW2211的独家问题,拟采用驱动光耦(39100114),同时为满足IF的要求,因此设计反逻辑+推挽输出做为前级电路。
随着光耦技术的发展,业内还出现一种IPM接口驱动光耦,如39100151(ACPL-P480和TLP715)。它们具有更小的封装(如Stretched SO-6),价格也合理,而VF离散性较小(约0.2V)。
1.4光耦输出整形和放大
通常,隔离光耦的输出电流有一定限制。例如逻辑门光耦HCNW2211的IO小于25mA,即便是栅极驱动光耦FOD3120,其最大输出电流也只有2.5A,无法同时驱动2个SPW47N60C3。因此,光耦输出还需要再加一级放大电路。在调试过程中发现,采用三极管推挽放大,由于强共模干扰的存在,会引起驱动Vgs的高、低电平并不是平直波形,特别是低电平存在杂乱的波动(见下图)。
如果波动超过开关管的Vgs(th),可能造成误开通。若改用共地驱动芯片,一方面对光耦的输出进行整形,提高栅极驱动Vgs电平的平整度(见下图);
另一方面利用驱动芯片输入级逻辑电平的滞环,进一步增强对光耦输出干扰信号的抑制能力。此外,驱动芯片一般采用FET图腾柱输出,其开关速度较推挽三极管更快,有利于减小开关损耗。
PFC(Power Factor Correction,功率因数校正)驱动控制电路是一种用于改善电力系统功率因数的电路。它的主要原理是通过控制电流和电压的相位关系,使电源输出的电流与电压之间的相位差尽可能接近零,从而提高系统的功率因数。
以下是PFC驱动控制电路的一般原理:
1. 整流阶段:PFC电路通常以一个整流阶段开始。该阶段将交流电源(通常为交流电网)的输入电压转换为直流电压。常见的整流器有整流桥和功率开关(如MOSFET、IGBT)等。
2. 滤波阶段:在整流后,使用电感和电容等元件进行滤波以减小直流电压上的脉动。滤波电路有助于使电源输出更加稳定。
3. 控制电路:PFC的关键是通过控制电流和电压的相位来实现功率因数的校正。这通常通过一种控制方法,例如辅助电流反馈控制(Average Current Mode Control)来实现。控制电路监测电流和电压的波形,并根据反馈信号调整功率开关的导通和断开时机。
4. 反馈回路:控制电路根据反馈信号来调整功率开关的工作。常用的反馈信号是通过采样电流进行比较和处理,以控制开关的导通和断开时间,从而使输出电流与输入电压保持相位接近零。
5. 输出阶段:根据控制电路的调整,PFC电路输出的电流将与输入电压之间的相位差尽可能接近零。这将导致功率因数接近1,从而减小了对电网的谐波污染,并提高了能源利用效率。
需要注意的是,PFC驱动控制电路的具体实现方法和电路拓扑可以有多种。常见的PFC拓扑包括Boost型PFC、桥式整流型PFC和两级PFC等。每种拓扑都有其特定的优点和适用场景。具体的设计和实现需要根据应用需求和电路规格进行选择和优化。