引言

LT1248是凌特公司推出的一款功能較強大的PFC（power factor correct）控制芯片。該芯片采用DIP16封裝，具有以下特點：

（1）能夠適應寬范圍內的負載變化。

（2）采用平均電流控制方法。

（3）輸出驅動電流峰值達1.5A。

（4）低靜態工作電流、高開關噪聲抑制。

（5）內部集成了多重的保護。

（6）特有同步信號處理能力。

LT1248在開關電源的前級輸入預調制器和UPS整流側PFC電路等AC-DC變換場合，能夠很好的控制輸入功率因數，減少對電網的干擾，有著很高的應用價值。

LT1248的內部結構和工作原理

LT1248的內部結構如圖1所示，按功能的不同大體分為三個部分，基本運算單元（含電壓誤差放大器、乘法器、電流放大器）；

保護單元（含過壓保護電路、過流保護電路、欠壓保護電路、開機軟啟動電路和保護信號綜合電路）；

功能實現單元（含PWM比較器、RS觸發器、同步信號發生器、振蕩器、圖騰柱和7.5V基準輸出等）。

基本運算單元

LT1248基本運算單元的控制結構框圖如圖2所示。圖中基本運算單元將11腳檢測到的輸出電壓反饋信號與內部7.5V給定電壓相減，經電壓調節器后，與6腳檢測到的輸入電壓反饋信號相乘，得到輸入電流給定指令，再與4腳檢測到的輸入電流反饋相減，經電流調節器，形成控制量，該控制量與三角波比較，生成占空比可調的PWM驅動脈沖，驅動電路中的開關管的通斷，最終實現APFC控制的目的。常見的輸入電流給定信號與輸入電流反饋信號的比較策略有三種：峰值電流比較、滯環電流比較和平均電流比較。前兩種比較策略所用的器件較少，但是容易受噪聲的干擾，使系統控制精度降低。LT1248采用的是平均電流比較的策略，很好的提高了控制的精度。同時，LT1248采用的是電壓電流雙環控制的方法，電壓環的輸出成為電流環的給定，這樣即保證了輸出電壓的恒定，又保證了輸入電流與輸入電壓的同相位，同時也提高了系統控制動態特性。

保護單元

LT1248除了可以完成基本的驅動開關管功能之外，還集成了完善的過壓、過流保護和欠壓封鎖等功能。

過壓保護在芯片內部有三重保護：

（1）由8腳OVP檢測到輸出電壓信號，與7.9V相比，比較器輸出低電平封鎖乘法器的輸出，使乘法器輸出電流為零。

（2）因為電流放大器有失調電壓，當IM＝0A時，電流放大器也會有輸出，輸出電壓可能繼續增大，這時，VSENSE檢測過大，使7腳VAOUT《2.2V，比較器M1輸出高電平，7 A的電流源通過二極管對ISENSE的外接電阻充電，抵消電流放大器反相輸入端的負分量，使電流放大器輸出近似為零。最終將輸出電壓誤差維持在2V之內。

（3）在外圍電路中可以通過檢測輸出電壓來設置EN/SYNC腳，構成第三重的過壓保護。確保電路安全可靠。

過流保護在芯片內部有兩重保護：

（1）由腳12外接的電阻RSET設置的，根據公式，通過設定RSET，就可以控制IM的大小，而IM又和輸入電流存在一定的比例關系（由外圍電路選擇有關），進而控制輸入電流的最大值。

（2）保護（1）中，只能限制IM的最大值不變，電流放大器仍有輸出信號，此時如果輸入電流還要增大，則通過腳2（PKLIM）直接檢測過流信號，復位RS觸發器，形成第二重過流保護。

欠壓封鎖功能通過一個帶滯環的比較器方便的實現。比較器同相輸入端接VCC，反相端比較上限為16V，下限為10V，當VCC》16V時，開放軟啟動控制器，VREF輸出7.5V。只要VCC不低于10V，LT1248就一直工作正常。一旦VCC《10V，封鎖軟啟動控制器和VREF，輸出脈沖同時也被與門封鎖。

LT1248在PFC整流電路中的應用

本設計的PFC整流電路的技術指標為：

輸入電壓范圍：150VAC~270VAC；

額定輸入電壓：220VAC；

額定輸出電壓：380VDC；

滿載輸入電流：6.8AAC；

滿載輸入功率：1.5KW；

輸入功率因數：0.95以上，

具體實現電路圖如圖3所示。

RC振蕩電路

該電路決定了PFC工作的頻率，R越大，充電電流越小，充電時間越長，頻率越小。反之，R越小，頻率則越大。頻率越大，輸入電流跟蹤特性越好，輸入諧波越小，但電磁干擾也會更嚴重一些，對器件的要求也相應越高。該芯片頻率的計算公式為： f=1.5/（R_{SET} C_{SET}）。一般來說，PFC可以工作在100kHz左右，隨著輸入功率的增大，工作頻率要相應降低。本設計考慮輸入功率較大，選擇f＝20kHz。此時，選RSET＝75K ，CSET＝1n。

輸出電壓檢測和電壓誤差放大器

在直流輸出端接電阻分壓，分壓比為50﹕1，為了不消耗過大的能量，提高效率，取分壓電阻為1M 和20K 。該檢測電壓直接送OVP用來檢測過壓保護。同時，通過電阻R6＝20K 送電壓誤差放大器的反相端輸入VSENSE。反饋電路的參數設計為：R7＝330K ，C6＝0.47 F，C5=0.047 F，這里C5較小，起濾波作用，忽略C5得該電路傳遞函數：

值得注意的是這里的電流檢測值不是由ISENSE直接輸入的，而是通過MOUT輸入一個負電平，與IM送來的給定電流值相加，形成加法電路，實際還是相當于給定電流與反饋電流相減的作用。

電流誤差放大器的反饋參數設計為：C3＝100pF，C4＝1nF，R4＝4K ，R5＝20K 。

過流保護電路

因為內部第一重過流保護設的是17A，所以這里設20A為第二重的過流保護。RS左端電壓為 0.2V，又因為腳2（PKLIM）有50 A的靜態輸出電流，所以得： \frac{0.2}{R_{9}}=\frac{7.5}{R_{10}+50 A}

取R9＝1K ，R10＝51K 。

軟啟動電路

LT1248上電后，輸出電壓還沒有升到額定值，此時如果給定的電壓突然加上，就會使電壓誤差放大器輸出過大。所以，在13引腳（SS）接上一個RC充電的回路，內置一個12 A的電流源，上電后由電流源給SS端充電，直到＋7.5V停止。這里設R＝50K ，C＝0.01 F，充電時間常數為RC=5 104 10 8＝0.5ms。大約3～5個時間常數后電容上電壓充滿。 驅動脈沖

輸出電路

外接一個10 的電阻接到MOSFET驅動端，防止驅動過流，同時通過一個15V的穩壓管接地，將該處電平鉗位在15V。

實驗結果波形與分析

圖4是100%阻性滿載時，PFC整流輸入電壓與輸出電壓的波形，電壓探頭10倍衰減，電流鉗的檢測比為1A/10mV，由實驗波形可以看出，電流波形和電壓波形基本同相位，且近似為正弦，很好的做到了輸入功率因數校正的作用。

圖5是用wavestar軟件分析的100%阻性滿載時輸入電流波形的THD，計算得THD＝3.152%。

另外，在試驗過程中，做了空載，30%，60%，100%，120%，150%等負載下的電流波形試驗。因為相差1度功率因數為99.98%，相差10度也有98.48%，所以電流的波形畸變率是關系到功率因數高低的重要標志。表1記載的是各種負載情況下輸入電流波形THD值。表中發現空載時情況最為惡劣，不僅電流波形THD高，而且電流與電壓相位差大，隨著負載的增加，相位差基本趨于零，電流波形THD下降，到滿載時降到最低，接著又隨負載的過載而略有增加。這是因為當負載變化時，整個系統的控制模型發生了變化，而基于滿載時設計的電壓、電流反饋的PI參數是一個定值，所以造成了空載、輕載時輸入電流THD過大的情況。

總結

本文對PFC控制芯片LT1248的內部結構和工作原理做了細致闡述，介紹了應用LT1248的PFC整流電路的設計實例，最后給出了試驗的波形并進行了分析。采用LT1248做控制芯片的PFC電路，設計簡單，輸入電流波形好，省去了復雜的軟件編制，并集成了多重保護，做到了硬件電路設計的小型化與簡單化，能夠在實際生產中推廣應用。