深入剖析L4981A - L4981B功率因數(shù)校正器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)對(duì)于提高電源效率、降低諧波污染至關(guān)重要。今天，我們將深入探討STMicroelectronics推出的L4981A - L4981B功率因數(shù)校正器，了解其特性、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵要點(diǎn)。

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產(chǎn)品概述

L4981A - L4981B功率因數(shù)校正器采用BCD 60II技術(shù)制造，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)0.99的功率因數(shù)，有效限制線路電流失真至小于5%。它支持通用輸入市電，具備前饋線路和負(fù)載調(diào)節(jié)功能，采用平均電流模式PWM控制，可降低噪聲敏感度。此外，該器件還集成了多種保護(hù)功能，如過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)，以及欠壓鎖定、軟啟動(dòng)等特性，為電源設(shè)計(jì)提供了全面的解決方案。

特性亮點(diǎn)

高功率因數(shù)與低失真

L4981A - L4981B能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)0.99的功率因數(shù)，同時(shí)將線路電流失真限制在小于5%的水平。這意味著在使用該器件的電源系統(tǒng)中，電能的利用效率得到了極大提高，減少了無(wú)功功率的損耗，降低了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。對(duì)于那些對(duì)電能質(zhì)量要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如數(shù)據(jù)中心、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備等，這一特性尤為重要。

通用輸入與寬電壓范圍

該系列器件支持85V至265V的通用輸入電壓，無(wú)需進(jìn)行線路切換。這使得它可以在全球范圍內(nèi)的不同電網(wǎng)環(huán)境下穩(wěn)定工作，為設(shè)備的國(guó)際化應(yīng)用提供了便利。無(wú)論是在電壓波動(dòng)較大的地區(qū)，還是在對(duì)電源適應(yīng)性要求較高的場(chǎng)合，L4981A - L4981B都能確保電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

平均電流模式PWM控制

采用平均電流模式PWM控制技術(shù)，L4981A - L4981B能夠有效降低噪聲敏感度，使電源系統(tǒng)在工作過(guò)程中更加穩(wěn)定可靠。這種控制方式可以精確地控制電流，確保線路電流呈現(xiàn)正弦波特性，無(wú)需進(jìn)行斜率補(bǔ)償，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的整體性能。

多種保護(hù)功能

為了保障電源系統(tǒng)的安全運(yùn)行，L4981A - L4981B集成了過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)功能，以及欠壓鎖定和軟啟動(dòng)特性。過(guò)壓保護(hù)可以防止輸出電壓過(guò)高，避免對(duì)負(fù)載設(shè)備造成損壞；過(guò)流保護(hù)則能在電流過(guò)大時(shí)及時(shí)切斷電路，保護(hù)器件本身和其他相關(guān)元件。欠壓鎖定功能可以在電源電壓低于設(shè)定閾值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉電路，防止系統(tǒng)在不穩(wěn)定的電壓下工作。軟啟動(dòng)功能則可以避免電源啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

產(chǎn)品類(lèi)型與工作模式

L4981系列包含L4981A和L4981B兩種型號(hào)，它們?cè)诠ぷ髂Ｊ缴嫌兴煌?。L4981A可以工作在固定頻率模式，適用于對(duì)頻率穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景；而L4981B則支持調(diào)制頻率模式，能夠根據(jù)實(shí)際需求優(yōu)化輸入濾波器的尺寸，提高電源系統(tǒng)的效率和性能。用戶(hù)可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的型號(hào)。

引腳功能詳解

電源與接地引腳

• P - GND（引腳1）：功率接地引腳，為功率電路提供接地參考。
• S - GND（引腳10）：信號(hào)接地引腳，用于信號(hào)電路的接地，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。
• VCC（引腳19）：電源輸入引腳，為芯片提供工作電源。

控制與反饋引腳

• IPK（引腳2）：用于峰值電流限制。在L4981A中，可以通過(guò)連接單個(gè)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)電流限制；而在L4981B中，則需要使用兩個(gè)外部電阻來(lái)獲得更精確的電流限制。
• OVP（引腳3）：過(guò)壓保護(hù)輸入引腳，通過(guò)與內(nèi)部精確的5.1V電壓參考進(jìn)行比較，限制輸出電壓的最大值。
• IAC（引腳4）：交流電流輸入引腳，輸入與整流市電電壓成比例的電流，通過(guò)乘法器生成電流放大器的參考電流。
• CA - OUT（引腳5）：電流放大器輸出引腳，外部RC網(wǎng)絡(luò)可確定環(huán)路增益。
• LFF（引腳6）：負(fù)載前饋引腳，可根據(jù)負(fù)載變化調(diào)整乘法器輸出電流，提高系統(tǒng)對(duì)負(fù)載瞬變的響應(yīng)速度。
• VRMS（引腳7）：比例RMS線電壓輸入引腳，補(bǔ)償線電壓變化，通過(guò)連接低通濾波器可獲得與輸入線RMS電壓成比例的直流電壓。
• MULT - OUT（引腳8）：乘法器輸出引腳，與電流放大器的N.I.輸入共用，是一個(gè)高阻抗輸入引腳。
• ISENSE（引腳9）：電流放大器反相輸入引腳，需注意避免該引腳電壓低于 - 0.5V。
• VREF（引腳11）：輸出參考電壓引腳，典型值為5.1V，精度為±2%，可提供高達(dá)10mA的輸出電流。
• SS（引腳12）：軟啟動(dòng)引腳，通過(guò)連接一個(gè)接地電容來(lái)定義軟啟動(dòng)時(shí)間。
• VA - OUT（引腳13）：誤差放大器輸出引腳，RC網(wǎng)絡(luò)可確定電壓環(huán)路增益特性。
• VFEED（引腳14）：電壓誤差放大器反相輸入引腳，通過(guò)電壓分壓器連接到升壓輸出電壓。
• P - UVLO（引腳15）：可編程欠壓鎖定閾值輸入引腳，可通過(guò)連接電壓分壓器來(lái)設(shè)置開(kāi)啟閾值。

同步與頻率控制引腳

• SYNC（引腳16）：對(duì)于L4981A，該引腳為同步輸入/輸出引腳，支持CMOS邏輯，可用于同步其他設(shè)備；對(duì)于L4981B，該引腳為頻率調(diào)制電流輸入引腳，通過(guò)連接外部電阻可調(diào)制振蕩器頻率。
• ROSC（引腳17）：外部電阻連接引腳，用于固定COSC的恒定充電電流。
• COSC（引腳18）：外部電容連接引腳，用于確定開(kāi)關(guān)頻率。

輸出驅(qū)動(dòng)引腳

• GDRV（引腳20）：輸出柵極驅(qū)動(dòng)引腳，采用雙極和DMOS晶體管圖騰柱輸出級(jí)，可提供超過(guò)1A的峰值電流，用于驅(qū)動(dòng)MOSFET或IGBT功率級(jí)。

電氣特性分析

誤差放大器部分

誤差放大器的輸入失調(diào)電壓在 - 25°C至85°C的溫度范圍內(nèi)為±8mV，開(kāi)環(huán)增益典型值為100dB。輸出高電壓和低電壓分別在不同的測(cè)試條件下有明確的范圍，輸出源電流和灌電流也能滿(mǎn)足一定的要求。這些特性確保了誤差放大器能夠精確地調(diào)節(jié)輸出電壓，提高電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。

參考部分

輸出參考電壓典型值為5.1V，在 - 25°C至85°C的溫度范圍內(nèi)，其精度為±2%。負(fù)載調(diào)整率和線性調(diào)整率都較小，能夠在不同的負(fù)載和電源電壓條件下保持穩(wěn)定的參考電壓輸出。短路電流限制在一定范圍內(nèi)，保護(hù)了芯片和相關(guān)電路。

振蕩器部分

振蕩器的初始精度在25°C時(shí)為100kHz，頻率穩(wěn)定性在12V至19V的電源電壓和 - 25°C至85°C的溫度范圍內(nèi)較好。振蕩頻率的最大值和最小值在不同的測(cè)試條件下有明確的規(guī)定，滿(mǎn)足了不同工作模式的需求。

同步部分（僅L4981A）

同步輸出脈沖寬度、灌電流和源電流等參數(shù)在不同的輸入電壓和輸出狀態(tài)下有相應(yīng)的數(shù)值，確保了L4981A能夠與其他設(shè)備進(jìn)行有效的同步。

頻率調(diào)制功能（僅L4981B）

L4981B的頻率調(diào)制功能可以根據(jù)輸入的頻率調(diào)制電流和RMS線電壓來(lái)調(diào)整振蕩器的頻率，實(shí)現(xiàn)了頻率的靈活控制。

軟啟動(dòng)部分

軟啟動(dòng)源電流典型值為100μA，輸出飽和電壓在一定的測(cè)試條件下有明確的范圍，確保了軟啟動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)進(jìn)行。

其他部分

包括電源電壓、過(guò)壓保護(hù)比較器、過(guò)流保護(hù)比較器、電流放大器、輸出部分、總待機(jī)電流、欠壓鎖定和負(fù)載前饋等部分的電氣特性也都在文檔中有詳細(xì)的說(shuō)明，這些特性共同保證了L4981A - L4981B在各種工作條件下的性能和可靠性。

應(yīng)用電路示例

文檔中給出了L4981A和L4981B在200W功率因數(shù)校正器中的應(yīng)用電路示例，以及一個(gè)360W的演示板電路。這些電路示例展示了如何將L4981A - L4981B與其他元件（如電阻、電容、二極管、MOSFET等）組合在一起，構(gòu)成一個(gè)完整的電源系統(tǒng)。通過(guò)分析這些電路示例，工程師可以更好地理解L4981A - L4981B的工作原理和應(yīng)用方法，為實(shí)際設(shè)計(jì)提供參考。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

引腳連接與布局

在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意各引腳的連接方式和布局。例如，ISENSE和MULT - OUT引腳需要避免電壓低于 - 0.5V，否則可能會(huì)影響芯片的正常工作。同時(shí)，要合理安排引腳的布線，減少信號(hào)干擾和噪聲。

外部元件選擇

外部元件的選擇對(duì)L4981A - L4981B的性能和穩(wěn)定性有重要影響。例如，軟啟動(dòng)電容的選擇會(huì)直接影響軟啟動(dòng)時(shí)間，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理計(jì)算和選擇。電阻和電容的精度和溫度特性也會(huì)對(duì)電路的性能產(chǎn)生影響，應(yīng)選擇合適的元件參數(shù)。

保護(hù)功能設(shè)置

要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景合理設(shè)置過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)和欠壓鎖定等保護(hù)功能的閾值。過(guò)壓保護(hù)的閾值設(shè)置要考慮到負(fù)載設(shè)備的耐壓能力，過(guò)流保護(hù)的閾值要根據(jù)電路的額定電流進(jìn)行調(diào)整，欠壓鎖定的閾值要確保系統(tǒng)在穩(wěn)定的電壓下工作。

散熱設(shè)計(jì)

由于L4981A - L4981B在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，因此需要進(jìn)行合理的散熱設(shè)計(jì)?？梢酝ㄟ^(guò)選擇合適的散熱片、增加通風(fēng)孔等方式來(lái)提高散熱效率，確保芯片在正常的溫度范圍內(nèi)工作。

總結(jié)

L4981A - L4981B功率因數(shù)校正器以其高功率因數(shù)、低失真、寬電壓范圍、多種保護(hù)功能和靈活的工作模式等優(yōu)點(diǎn)，成為電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域的理想選擇。通過(guò)深入了解其特性、引腳功能、電氣特性和應(yīng)用電路，工程師可以更好地利用該器件進(jìn)行電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意引腳連接、外部元件選擇、保護(hù)功能設(shè)置和散熱設(shè)計(jì)等要點(diǎn)，確保電源系統(tǒng)的性能和可靠性。希望本文能夠?yàn)?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/125/" target="_blank">電子工程師在使用L4981A - L4981B進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有價(jià)值的參考。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類(lèi)似功率因數(shù)校正器的設(shè)計(jì)問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。