松下M8屏等离子彩电PFC形成电路工作原理

　　功率因数校正电路对离线电源的输入电流波形进行整形，使从电源吸取的有功功率最大化。在理想情况下，电器应该表现为一个纯电阻的负载，此时电器吸收的反射功率为零。在这种情况下．本质上不存在输入电流谐波。电流是输入电压（通常是一个正弦波）的完美复制品，并且与电压同相。此时对于工作所要求的有功功率而言，从电网电源吸收的电流最小，而且还减小了配电、发电以及相关过程中的基本设备相关的损耗和成本。由于没有谐波，也减小了与使用相同电源供电的其他器件之间的干扰。当今众多电源采用PFC的另一个原因，是为了符合规范要求。现在，欧洲的电气设备必须符合欧洲规范EN61000-3-2。这一要求适用于大多数输入功率为75W或以上的电器，而且它规定了包括高达39次谐波在内的工频谐波的最大幅度。虽然中国还没有制定此类要求．但是希望在全球销售产品的电器制造商正在设计符合这一要求的产品。

　　APFC电源既要保持输出电压恒定，又要控制输入电流为正弦波，以获得较高的功率因数，为了能方便地控制输入电流．APFC电源常采用boost电路。本机的PFC校正电路由PFc正电感T401、APFC控制集成电路IC406（L6561）、Q406及外围元器件组成。

　　L6561为电流准连续模式(TM模式)的APFC控制芯片，即电感电流处于连续模式与断续模式的临界点。其工作原理如下：首先控制芯片生成一电感电流的参考信号，每一开关周期开始时MOS管导通，电感电流线性增加，然后将电感电流的检测信号与参考信号相比。当电感电流检测值等于电感电流参考值时．MOS管关断，电感电流减小，当电感电流降为零时．MOS管再次导通．如此周而复始。电感电流的参考信号由系统输出电压检测值与给定值相减，再经由PI调节器，然后将PI调节器的输出与整流桥后端的boost电路输入电压波形相乘得到。

　　由于电感电流参考信号由电压反馈环决定，故为保持系统稳定且获得高的功率因数，电压反馈环的带宽不宜太宽。电感电流实际为三角波，其包络为电感电流参考信号，由于电感电流参考信号为电压误差放大器的输出与整流后的boost电路输入电压波形的乘积，且当系统稳定工作时，误差放大器的输出基本恒定，故电感电流的包络基本为正弦波。由于并连于整流桥后端的滤波电路将电感电流的高频部分滤掉，故系统的输入电流为正弦波，且相位与电源电压一致．系统功率因数接近于1。

　　L6561是ST公司生产的有源功‘率因数校正专用芯片，是L6560功率因素校正器的升级版本。完全与标准版本相一致，该芯片有更多优越的性能，由一个卓越的THD组成，可容许工作在很宽的有效输入电压范围（从85V到265V）。甚至在ZCD脚已经实现把启动电流压缩到低至数十微安以及功能停止装置．以确保待机模式的电流损耗更低。能直接驱动MOS管，且集成了各种保护功能；由于集成度很高，大大减少了构成系统所需的元器件，降低了损耗，提高了效率。

　　其内部方框图如下图所示。

　　引脚功能如下：

　　(8)脚( vCC)为芯片的电源输入端，芯片的正常工作电压范围为11V~18V．芯片内部有- 20V的稳压管并联于该引脚与地之间，为防止芯片供电电压过高而将芯片内部稳压管击穿，可在该引脚与外部供电电源间串接一限流电阻。

　　(7)脚(GD)为芯片的驱动信号输出引脚，该引脚内部采用了图腾拄结构，具有最大400mA的驱动能力，能直接驱动MOS管或IGBT管，为避免MOS管振荡，一般在GD引脚与MOS管的栅极之间接一个十几欧到几十欧的电阻，由具体电路决定。

　　(6)脚(GND)为芯片的参考地，该引脚应和主电路的地连在一起。

　　(5)脚(ZCD)为芯片的过零检测引脚，用于确定何时导通MOS管。该引脚检测电感电流过零时产生的电压振荡，有效触发信号为脉冲的下降沿，井保证ZCD输入的电流不超过3mA。

　　(4)脚(cs)为MOS管电流采样引脚，芯片将该引脚检测到的信号与芯片内部产生的电感电流参考信号相比较，用以确定何时关断MOS管。

　　(3)脚(MULT)为芯片内部乘法器的一个输入端，该引脚与boost电路输入电压相连，确定输入电压的波形与相位，用以生成芯片内部的电感电流参考信号。

　　(2)脚(COMP)为内部乘法器的另一个输入端，同时为电压误差放大器的输出端，当系统稳定工作时，该点电压应恒定。

　　(1)脚(INV)为系统反馈电压的输入端，该引脚与内部运算放大器的负相输入端相连，同时通过一电阻分压网络与输出电压相连，从而构成负反馈；(1)脚和(2)脚之间应接一补偿网络，该网络一方面构成电压环的PI调节器，另一方面用以补偿系统的动静态性能。

　　本机的APFC校正电路方框图如下图所示。

　　1．PFC打开控制
　　
　　PFC打开控制分成三路控制，第一路是交流电输人控制：第二路是PFC校正集成电路IC406(L6561)的供电控制；第三路是APFC校正电路自身功率降低控制。

　　(1)交流电输入控制：当主板发出二次开机指令后，插座P25的⑦脚（PANEL-MAIN-ON）变为高电平(3.3V)，该信号分成两路，一路经R616、R687分压后使0553导通．Q554（P沟道场效应管）也跟着导通，输出15V电压为IC520(LSSK62)供电；另一路经R581、R577分压后使0557导通，给电源管理集成电路IC501的(20)脚送入低电平。IC501进入开机工作模式。从(12)脚输出低电平信号使0503内部的一个PNP管导通，Q503内部方框图如下图所示。

　　0503集电极输出的高电平经R504、R503使Q502饱和导通．0518输出的14V电压经RLA03、R569、Q502的c/e极到地，RIA03吸合。AC220V经RIA03、R410、D401整流后形成100Hz的脉动直流电送入APFC校正电路。

　　(2)PFC校正集成电路IC406(L6561)的供电控制：IC501接到开机信号后，从(16)脚输出低电平的PFC-ON控制信号。光电耦合器IC401内部的发光二极管发光．内部的光敏三极管等效电阻降低。

　　T410的3/2绕组感应的脉冲经D444、C493整流滤波后的电压经Q401（N沟道场效应管）的漏极，栅极、R421、IC401内部的光敏三极管到地。Q401导通，输出13V电压为IC406(L6561)(8)脚供电。IC406进人工作状态。

　　(3)APFC校正电路自身功率降低控制：IC501的(11)脚输出低电平的PFC功率降低控制信号，Q503内部的另一个PNP三极管导通，输出的高电平信号经R506、R502分压后使Q50l饱和导通，Q518输出的14V电压经RIA02、R568、0501的c/e极到地．RIA02吸合。把电阻R410电气短接，降低了PFC电路自身的损耗。

　　2、功率因素校正(PFC)电路
　　
　　当IC406的(8)脚电压上升到11V时，内部振荡器开始工作，工作频率约为70kHz。从(7)脚输出400mA的图腾柱电流信号经R493、R439、R428分压后加到Q404(PNP)的基极，经Q404射随后推动0406进入开关工作状态。

　　(7)脚输出的频率相对100Hz来说频率很高．100Hz脉动直流电在0406的开关时间内，可以认为是一个稳定的直流电。当IC406的(7)脚输出高电平时，高电平信号经R493、R439、D415、IA02加到0406(N沟道场效应管)的栅极，0404的基极因加入高电平信号而截止。

　　0406因栅极加入高电平信号而饱和导通。100Hz的脉动直流电压经PFC校正电感T401、0406的漏极，源极、R448/R449回到整流桥堆，流过电感T401的电流逐渐上升．T401储能；当IC406的(7)脚输出低电平时，0406栅极的电荷经LA02、Q404的发射极、Q404的基极、R439、R493送入IC406的(7)脚，Q404导通，Q406栅极的电荷经LA02、0404的e/c极、R448/R449回到桥堆，0406迅速截止。PFC电感上的储能叠加上100Hz脉动直流电后经D417/D419/D420、C446整流滤波后形成DC395V电压．为后续电路供电。当D417/D419/D420两端的电压基本一样时，二极管截止。PFC电感的次级14/16绕组感应的脉冲，经R414、R436、R437限流后加到IC406的(5)脚。IC406的(5)脚检测到该下降脉冲后，立即从(7)脚输出高电平，使0406导通，进行下一周期工作准备。

　　因为PFC输入的是脉动直流电，存在脉冲的峰顶和峰谷。在峰顶时电压比较高．Q406的导通时间应该相应减小。当脉冲的峰谷来临时，输入电压接近ov，如这时候Q406处于导通状态．Q406就会过饱和而损坏。所以，0406的导通时间要随输入电压的波形改变而改变。100Hz脉动直流电压经R417、R430、R462、R433加到IC406的(3)脚，为IC406内部的乘法器提供一个电压波形信号，与(4)脚输入的过零检测信号一起，使(7)脚输出的图腾柱信号占空比随IOOHz电压波形信号改变．实现了电压波形与电流波形的同相。电容C409用来消除高频干扰信号，防止高频信号引入IC406的(3)脚而自激。

　　DC395V电压经R441、R442、R475、R444、R443分压后，加到IC406(1)脚的内部电压比较器负端，与内部2.5V基准电压比较后，送入乘法器内，最终控制(7)脚图腾柱输出的占空比．使DC395V电压稳定。

　　C429、C430、C459、R440、R419、D429组成高频滤波电路，防止高频干扰进入IC406的(1)脚，影响DC395V的稳定。0420、R467、R431、C423、C427构成电压比较器的负反馈；该补偿网络一方面构成电压环调节器．另一方面补偿系统的动静态性能。

　　3．功率因素校正电路部分的保护电路
　　
　　这部分的保护电路由开机误保护电路、PFC输出电压过高保护电路及PFC输出电压过低保护电路组成。保护电路方框图如下图所示。

　　(1)开机误保护电路开机误保护电路由0418、R693、R692组成。在继电器RL403接通、Q401还没有接通时，PFC输出的直流电压没有经过处理，整流滤波后的输出电压约为3000V．比正常工作时的395V电压低很多。

　　该电压经R494、R495、R496、R497、R480、R453分压后加到电压比较集成电路IC402的(1)脚（比较器正端）．不触发PFC输出电压过低保护电路，避免开机瞬间PFC输出电压过低保护电路误动作。

　　PFC电路工作正常后，Q401输出的IC406工作电压通过R693、R692分压后使0418导通．R480被0418的c/e极短接，结果使IC402(1)脚分得的电压降低，整机进入正常的工作状态，同时也不更改PFC输出电压过低保护电路的设置。

　　(2)PFC输出电压过高保护电路PFC过压保护电路主要由IC406、Q407、Q422，电压比较集成电路IC402、0421、IC404及外围元器件组成，共有两级保护电路。

　　第一级PFC输出电压过高保护电路：当PFC输出的电压过高，经R441、R442、R475、R444、R443分压后的电压超过内部电压比较器正端输入的2.5V基准电压时。IC406的内部电压比较器翻转．使内部振荡电路停止振荡，功率因素校正电路停止工作．PFC输出电压降低，引起PFC输出电压过低保护电路动作，进而使整机进入保护状态。

　　第二级PFC输出电压过高保护电路：当PFC输出的电压过高，经R472.R473.R465.R464.C440.

　　C445分压滤波后的电压超过8.2V时，D418击穿。该信号经R458、R451分压后加到0407内部NPN三极管的基极，Q407内部的两只三极管组成模拟可控硅，Q407内部电路如下图所示。

　　0407内部的NPN三极管导通，也使Q407内部的PNP型三极管导通。锁定0407内部的PNP三极管的集电极为高电平，该电压分成两路。第一路经R490、R491分压后加到Q422的基极，0422饱和导通，把IC406的(2)脚拉成低电平．IC406停止工作。第二路经R415、R450分压后使0421导通，把IC402的(1)脚拉成低电平，内部比较器翻转，(2)脚不再需要电流输入，光电耦合器IC404内部的发光二极管不再发光．IC404内部的光敏三极管等效电阻变大，不再把电源管理集成电路IC501的(8)脚电流分流．IC501检测到这一信号后，发出保护指令，使整机工作在保护状态。

　　(3)PFC电压输出过低保护PFC电压输出过低保护：Q401输出正常工作电压后，如果PFC输出的电压低于360V时，经R494、R495、R496、R497分压后的电压低于(3)脚(比较器的负端输入)5.1V时．IC402内部比较器翻转，(4)脚不再需要电流输入，光电耦合器IC404内部的发光二极管不再发光，IC404内部的光敏三极管等效电阻变大，不再把电源管理集成电路IC501的(8)脚电流分流．IC501检测到这一信号后，发出保护指令．使整机工作在保护状态。

　　(4)过零检测保护电路IC406的(5)脚为零电流检测信号输入，正常时，PFC电感T401的14/16绕组感应的脉冲较高，经R414、R436、R437限流后．由C463滤除杂波后加到IC406的(5)脚。当PFC形成电路的输出端过流时，14/16绕组感应的脉冲降低，当输人到IC406的(5)脚电流低于1.4mA时，内部保护电路动作，(7)脚停止图腾柱信号输出．PFC形成电路停止工作。电压过低保护电路动作．电源管理集成电路IC501检测到这一信号后，发出保护指令，整机进入保护状态。