PFC电路中主要模块的分析与优化设计

论文摘要

现代社会严重依赖电能。伴随着社会的进步,用于人们日常生活和工业等的电能在逐渐增加。与此同时,电能总量的增速并不快。所以目前迫切需要提高电能的利用率。PFC电路就是为了提高电能的利用率而产生的。PFC电路可分为：无源PFC和有源PFC。无源PFC因为通过无源器件组成,所以体积大、重量大,并且功率因数低（0.7-0.8）,与现代倡导的轻便、高电能利用率所不符,逐渐被社会淘汰：有源PFC自从20世纪90年代开始发展,目前已经能达到0.9以上的功率因数,应用范围覆盖了从小功率到大功率的所有范围。随着各个国家对电能利用率的重视以及对此所制定的政策和标准,各大IC公司纷纷加大对PFC电路的研究,并且推出了许多产品,如：德州仪器的降压式UC3871；西门子的升/降压式TDA4815、TDA4818；飞兆半导体的反激式MI4813,等等。本文首先对各种PFC电路的基本原理进行分析。然后分析适用于中小功耗的工作于临界导通模式的PFC电路,对其内部模块：基准源、PWM比较器、误差放大器、乘法器、零电流检测等的基本原理与主要框架进行分析,选用适合的电路结构,并对此进行优化,以提高电路的功率因数和整体性能。因为采用BCD工艺,所以误差放大器和乘法器等模块的主体均采用三极管,以提高其运行速度；逻辑部分采用MOS管,可以极大的减小版图面积,以此实现速度和面积的共同优化。内部基准源通过采用改进的带隙基准源,可以输出多路参考电压,用于芯片内保护电路、比较电路等。仿真采用上海先进的1um的BCD工艺模型,分别对模块和整体电路进行仿真,仿真结果表明,此电路可以顺利工作并达到预期要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图或附表清单
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外研究历史和现状
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 功率因数校正（PFC）的基本原理
• 2.1 基本概念和原理
• 2.1.1 功率因数的概念
• 2.1.2 提升功率因数的原理
• 2.1.3 理论分析
• 2.2 功率因数校正电路的实现方式
• 2.2.1 功率因数校正电路:无源和有源
• 2.2.2 功率因数校正电路的基本结构
• 2.2.3 功率因数校正电路的控制模式
• 第三章 内部模块的分析、设计、仿真与版图
• 3.1 整体电路
• 3.2 基准源电路（Reference）
• 3.2.1 电路分析
• 3.2.2 仿真与结果分析
• 3.2.3 版图
• 3.2.4 小结
• 3.3 PWM比较器（PWM COMP）
• 3.3.1 电路分析
• 3.3.2 仿真与结果分析
• 3.3.3 版图
• 3.3.4 小结
• 3.4 误差放大器（EA---Error Amplifier）
• 3.4.1 电路分析
• 3.4.2 仿真与结果分析
• 3.4.3 版图
• 3.4.4 小结
• 3.5 乘法器（MULTIPLIER）
• 3.5.1 电路分析
• 3.5.2 仿真与结果分析
• 3.5.3 版图
• 3.5.4 小结
• 3.6 零电流检测（ZCD---Zero Current Detection）
• 3.6.1 电路分析
• 3.6.2 仿真与结果分析
• 3.6.3 版图
• 3.6.4 小结
• 3.7 本章总结
• 第四章 整体电路的分析、仿真及版图
• 4.1 整体电路的分析、仿真与结果分析
• 4.1.1 整体电路工作分析
• 4.1.2 输出电压误差的近似分析
• 4.1.3 输入电流的谐波及其THD、PF的近似分析
• 4.1.4 电路的效率的粗略分析（未加EMI滤波电路）
• 4.2 版图
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录A 带EMI的外围仿真电路
• 附录B DRACULA版图验证程序
• 附录C 外围电路仿真用模型
• 在学研究成果
• 致谢