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1/24 L6561L6561L6561L6561 功因校正相关原理功因校正相关原理 （（1 1 1 1）） 功率因子的定义功率因子的定义 将一弦波电压 Vs(t)=2Vrmscost 加于一负载， 则所得到之电流为 is(t)=2 Irmscos(t-1)，其中1为电流与电压之相角差其中功率因子为: PF= s p = cos1 若电流为非弦波时(如输入电压经全波整流后之电流)则含有谐波成份，此电 流之谐波成份亦为影响功率因子之因子 is(t)=2I1cos(t-1)+Incos(nt-n) I1: Fundamental 电流 In: n 次谐波之电流 Irms: (I20+ I21+I22+ I2n)1/2 I0: 电流之 DC 成分，若在纯 AC 电源中则 I0=0 重新定义 PF: PF= I1/ Irmscos1= I1/(I20+ I21+I22+ I2n)1/2 cos1 其中 cos1: Displacement Power factor (DPF) 电流失真成份 Idis= I2rmsI211/2 又可将电流谐波失真的程度表示为 (%THD)= (Idis/I1) 100% （（2 2）） 升压型高功因直流转换器升压型高功因直流转换器 传统的转换器，为获得较小的涟波的电压，通常于全桥整流完后加入一个 大电容；但大电容意味着在大部分的时间里，线电压都是低于电容电压，也就是 整流二极管的导通时间减小，导通时电流增大，进而造成线电压的失真。

现今则于整流器与输出间插入一级功因校正器电路， 以使输入电流近似 SIN 波形，同时保持与电压同相（In Phase） 理论上任何的拓朴结构都可以达到高功 因的要求，实际上则使用升压型结构来实现，其理由如下： 1. 使用较少的零件，可以降低成本 2/24 2. Boost 电感的 dt di 较小，噪声的产生较小，EMI 滤波器可以较小 3. 开关晶体因为共源级，所以较易驱动 其缺点为： 1. 输出直流电压一定要高于输入峰值电压 2. 由于输出入没有隔离，所以输入突波易在输出端出现 目前采用二种方法来作 PFC 控制： 1. 固定频率平均电流法：需复杂的控制Uc3854 2. 固定导通时间、但频率可变的瞬时模式法（L6561 采用此法） 操作原理： 图 1 是本文所采用的电路架构，其转换器部份乃由功率二极管 D1、D2、 D3、 D4 所组成的桥式整流电路，串接一升压电感L，经由适当的控制功率开关 Q， 以调整输出直流电压 dc V的大小，并使输入电流自动追随输入电压成为同相位， 进 而达到高功因的要求 由功率开关 Q 之切换控制，可使得升压电感上的电流操作于边界导通模式； 其工作原理可以下列、两个操作模式来说明： D1D2 L Q D Vdc + _ 變頻控制 D4D3 CO vS Load 图 1升压型转换器电路架构图 模式： 功率开关 Q 导通时， 构成的等效电路如图 2 所示， 转换器将形成两个独立的回路。

回路 1 是输入电源 s v对升压电感L储能；回路 2 则是由输出电容 o C与负载所组成， 3/24 此时输出电容将原先所储存之能量提供给负载以维持输出电压 dc V D1D2 L Q D Vdc + _ D4D3 CO vS Load 图 2功率开关 Q 导通之等效电路 模式： 当功率开关 Q 截止，且升压电感L之电流大于零时，其等效电路如图 3 所示， 此 时输入电源 s v及储存于升压电感L之能量，一起对输出电容 o C充电并提供能量给负 载 D1D2 L Q D Vdc + _ D4D3 CO vS Load 图 3功率开关 Q 截止之等效电路 若输入交流电源电压为tVtv ms sin)(=，则由图 2 可得到电感电流的峰值 为： t L TDV L Ttv ti smons pk sin )( )( = = 其中 s T为功率开关 Q 之切换周期(Switching period)，D为责任周期(Duty cycle) 由上式可以得知，在一输入电压周期内，若功率开关之导通时间保持一定，则电感峰 4/24 值电流的联机将会成为一个tI p sin的波包，如下页图 4 所示，使得输入电流与 输入电压为同相位，达到高功因的要求。

由上式可得电感峰值电流之最大值 p I为： L TV L TV I onmonm p = = ) 2 (sin (1-2) 图 4电感电流波形 基于上述之原理，为了使功率开关的导通时间保持一定，以避免输入电流产生 失真，故整个系统回路的交越频率必须远小于输入电压之频率 （（3 3 3 3））L6561L6561L6561L6561 特点、方块图介绍特点、方块图介绍 L6561 是 L6560 的改良版，具有优越的乘法器，在 universal 输入电压时能获 得较佳的 THD 值；同时启动电流亦减低至几十个 uA，而 ZCD(零电流侦测)也具有除 能（Disable）的功能此外还具备精准的内部参考电压（1%误差） 、输入电流感测端 的内部 RC 滤波器、输出 400mA 能力等等 此 IC 操作在瞬时模式(即边界导通模式)，可用在电子式安定器、AC-DC 转换 器及切换式电源供应器 L6561 主要特点： 1.具磁滞的欠电压锁住功能 5/24 2.低启动电流（典型值：50uA；保证 90uA 以下） ，可减低功率损失 3.内部参考电压于 25时只有 1以内的误差率 4.除能（Disable）功能，可将系统关闭，降低损耗。

5.两级的过电压保护 6.内部启动及零电流侦测功能 7.具乘法器，对于宽范围的输入电压，有较佳的 THD 值 8.在电流侦测输入端，具备内部 RC 滤波器 9.高容量的图腾级输出，可以直接驱动 MOSFET 其脚位图如下页图 5 所示 图 5L6561 脚位图 L6561 接脚功能如下： PIN 脚名 称功能 1INV误差放大器反相端输入 2COMP误差放大器输出 3MULT乘法器输入 4CS利用电流侦测电阻 Rs，将电流转成电压输入 5ZCD零电流侦测 6GND接地 7GD为 MOSFET 闸极驱动输入 6/24 8VCCL6561 的输入工作电压 7/24 方块图描述： 1. 电源供应方块图： 图 6电源供应方块图 如图 6 由 Vcc 供应电源给线性电压调整器，产生 7V 的内部电压，以供给 IC 使用，但输出级则直接由 Vcc 供应另外 BandGap 电路产生一个精准的内部 2.5V 参 考电压，可用于控制，以达到良好的输出调整率 如图 7 所示，具备磁滞功能的欠电压锁住（UVLO）比较器，用以确认只有 Vcc 电压足够高时，IC 才会致能，已获得较佳的信赖性 8/24 图 7欠电压锁住方块图 2. 误差比较器及过电压保护方块图： 如图 8 所示，误差放大器的反向输入端，经由外部串联分压电阻与输出端 连接，以取得一部分的输出电压，并与内部参考电压做比较，以获得固定的直流 调整电压。

误差放大器通常在输出端与反向输入端之间，使用一个回授电容以作为频 率补偿，因为在半周期内，误差放大器输出必须维持定值已获的高的 PF 值，所以 需要很低的频宽 为了误差放大器在过电压造成的低饱和，或过电流造成的高饱和之后能快 速回复，误差放大器的动态输出电压被内部箝位电路限制在 2V 到 5.8V 间 此 IC 提供二级的过电压保护； 于过电压时， 误差放大器的输出趋向低饱和， 但误差放大器响应很慢，所以它会维持一段时间才进入饱和区但另一方面，一 个过电压必须被立即修正，因此一个基于不同观念的快速过电压保护是必要的 因为电容并不允许直流电流流过，于稳态时流过 R1 与 R2 电阻的电流是一 样的 当输出电压因一个负载步阶改变而上升，R1 电流亦跟着上升，但 R2 电流 则因电压固定于 2.5V（因误差放大器反应较慢）而不改变，增加部分的电流则流 经补偿电容，进入误差放大器的输出端，当感测到此情况时，两阶段处理程序将 发生（如图 9 所示） ： Soft Braking：当电流超过达 37uA 时，乘法器的输出电压将强迫下降，如 9/24 此从电源端汲取的能量将会降低，也降低输出电压的上升额度。

如此能避免输出 电压超出默认值太多，而达到保护功能 图 8误差比较器及过电压保护方块图 图 9过电压动作保护图 假使输出电压忽略了Soft Braking的作用而持续增加，导致进入 E/A 的电流 10/24 达 40uA，系统将进行Sharp Braking：乘法器的输出端将被拉到低准位，MOSFET 输出级关闭，同时内部启动器也将关闭当 E/A 的输入电流降低至 10uA，因内部 电流比较器提供磁滞的功能，因此输出级将从低准位被释放，而再一次致能以 上Soft Braking及Sharp Braking称为动态过电压保护，他们大部分（非全部）皆 能有效防止因负载突变而生的问题；事实上，他们对输出电压的变化较为敏感 但对于像负载移除而产生的稳态过电压，则无法提供好的保护 当过电压持续一段时间（E/A 的输出电压低于 2.25V） ，稳态过电压保护将被 执行：除了将输出级及外部 MOSFET 除能外，亦将内部一些方块功能除能，静态 电流降至 1.4mA；当 E/A 的输出电压回到线性区时，系统将再次致能 3.零电流侦测及触发方块图： 如图 10 所示，当电感电流减小到零后，ZCD 方块功能将会使 MOSEFT 致能， 使跨于电感上的电压反转。

当电路于运作状态时，ZCD 的讯号乃是藉由 Boost 电感 的辅助绕组而来；ZCD 没有讯号时，可由内部启动器（Inter Sarter）藉由强制驱动 器（Driver）送出一脉冲讯号给 MOSFET 闸级以将外部 MOSFET 启动内部启动 器的重复率大于 70ms(大约 14KHz)，所以在设计时，最大频率必须被考虑 图 10零电流侦测及触发方块图 4.除能方块图： 如图 10 所示，ZCD 脚亦可同时致能除能方块；当此脚的电压低于 150mV， 系统将被卸载，消耗将降低欲重新致能系统，则需将此脚的低电位移除 5.乘法器方块图： 如图 11 所示，乘法器具有两个输入端：第一个为与输入整流电压成一比例的 取样电压，另一个为 E/A 的输出电压；假若 E/A 的输出电压在半个周期内为定值， 则乘法器的输出亦将会是整流后的 SIN 波形， 并将此信号作为电流比较器的参考讯 11/24 号而在各周期内，电流比较器限定了 MOSFET 的峰值电流 图 11乘法器方块图 6.电流比较器方块图： 如图 12 所示，电流比较器感测到跨于电流侦测电阻（Rs）上的电压，并拿此讯 号与乘法器输出的规划讯号做比较，以决定 MOSEFT 真正关闭的时间。

另 PWM 栓 锁则可避免因噪声而造成 MOSEFT 误切换乘法器的输出被内部箝位器限制于 1.7V；当 Rs 上的电压到达此值，则电流的极限值亦跟着出现 图 12电流比较器方块图 7.驱动器方块图： 12/24 如图 13 所示，具有 400mA 供应/沉入能力的图腾级输出，能够驱动外部 MOSFET当系统发生欠电压锁住（UVLO）情况，内部 Pull-Down 电路将输出固定 在低准位，以确保外部的 MOSFET 不会意外地被触发 图 13驱动器方块图： 瞬时功因校正器（T.M. PFC）操作： 交流主电源经过桥式整流后送入升压型转换器；使用切换技术的升压型转 换器，可将输入电压转换到我们需求的输出电压值电路结构如下图所示： 图 14电路结构图 L6561 使用所谓的瞬时模式技术（Transition Mode Technique）来达到使输入电 流为 Sin 波形、及电流与电压同相位的目的 误差放大器将升压转换器输出的取样电压与内部参考电压做比较，并产生正比 于两者差的讯号；若误差放大器的频宽足够小的话。