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图3.4 电感电流连续工作方式下的主要波形
有源功率因数校正(APFC)是在输入整流和DC-DC功率变换之间增加一级变换器，利用相应的控制电路(现在主要采用专用集成控制芯片)及辅助电路，使输入端电流波形接近正弦波形并保持与输入电压波形同相，从而使输入端功率因数接近于1。APFC技术适应电力电子技术的发展方向，其主电路拓扑结构常用储能电感L和高频开关Q组合，使输入电流正弦化通常有以下几种形式：升压式(Boost)电路，降压式(Buck)电路，反激式(Flyback)变换器电路，降/升压(Buck-Boost)混合电路等几种形式。而根据电流控制方式的不同，有源PFC电路可以分为峰值电流型、电流滞环控制型和平均电流型。 3.2.2 平均电流控制模式的Boost PFC电路工作原理
平均电流控制的Boost PFC电路具有总谐波失真（THD)值小，对噪声不敏感，电感电流峰值与平均值之间的误差小、可用于较大功率场合等优点，成为我们设计的首选方案。
如图3.5 Boost型平均电流控制法PFC电路控制原理图。在这种 APFC 控制方法中，采用了电流控制环和电压控制环，其中电流控制环使输入电流更接近正弦波，电压控制环使 Boost 电路输出的电压更稳定。基准电流由输入整流电压与输出电压误差放大信号的乘积组成，其中从输入整流电压取样的目的是使基准电流与整流后的电压波形同相，电流误差放大器CA的输出直接加到PWM比较器的同相输入端，PWM 比较器的反相输入端接到锯齿波信号发生器的输出端，这样电流误差放大器 CA 的输出可直接控制 PWM 比较器的占空比。
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图3.5 Boost APFC 电路平均电流控制原理图
其波形见图3.6所示。当电感电流上升时，PWM 比较器的占空比下降，从而电感电流减小；反之，则加大电感电流。当输出电压上升时，电压比较器VA 的输出下降，导致乘法器M输出的基准电流减小，是电感电流减小，从而使输出电压下降，反之，则电感电流增大，使输出电压上升。
图3.6 平均电流控制技术电感电流波形图
3.3 基于ICE2PCS01 BOOST APFC电路的设计
3.3.1ICE2PCS01控制器简介 系统的技术指标: （1)输入电压：220VAC±10% （2)输出电压：380VAC±10% （3)额定输出功率：3.5Kw （4)功率因数：≥0.92
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传统的用于电子设备前端的二极管整流器，因为导致电源线的脉冲电流，干扰电网线电压，产生向四周辐射和沿导线传播的电磁干扰，导致电源的利用效率下降。近几年来，为了符合国际电工委员会61000-3-2的谐波准则，有源PFC电路正越来越引起人们的注意。对于小于200瓦的小功率装置，不连续调制模式(DCM)因其低廉的价格受到普遍欢迎。另外，它的控制电路块中只有一个电压控制环，因而采用DCM的PFC设计简单易行。然而，由于它固有的电流纹波较大，DCM很少应用于大功率场合。在大功率场合，CCM的PFC更具有吸引力。在CCM的拓扑结构中，它的传输函数存在电压环和电流环两个控制环路。因
ICE2PCS01这种新的PFC控制器，是为了降低设计费用和难度而开发的。它仅有8个管脚。此外，根据故障模式影响分析(FMEA)，很多的保护电路被集成在这块芯片中。本文将对此IC的功能进行详细地介绍，并通过测试结果验证了它的性能。
在ICE2PCS01中，引脚 4用来设定开关频率；但是在ICE1PCS02中，引脚 4用于AC欠压检测。ICE2PCS01专为升压型转换器而设计，只需要很少的外部元件。所有电流和电压环路补偿都是在外部实现的，从而允许用户进行完全控制。
1.电源电压：由于采用全新的BiCMOS技术，ICE2PCS01的电源电压的工作范围从10V～21V 扩展到11V～26V，开启的阈值电压从11V提高到12V。
2.门极输出：输出门驱动器是一个快速的推挽式输出门极驱动电路。它具有内置的交叉导通电流保护功能。GATE引脚所能承受的最大电压通常箝位在15V（上拉）。由于采用了最新的BiCMOS技术，GATE下拉电压从最大2V （ICE1PCS01）降低到最大1V（ICE2PCS01）。因为具有较低的GATE下拉电压，外部MOSFET能够快速地开关，从而降低了开关损耗，提高了效率。
3.内部振荡器：由于采用先进的BiCMOS技术，可以在没有噪声干扰的情况下对内部振荡器进行准确地调节。对于ICE2PCS01来讲，可以通过FREQ引脚上的外部电阻对开关频率进行调节。
4.电压检测和过压保护：通过Vsense引脚上的电阻分压器对大电容两端的电压进行检测。Vsense电压发送至误差放大器，并且与内部参考源（用于电压环路调节）进行比较。ICE1PCS01的内部参考电压为5V，ICE2PCS01的内部参考电压为3V。由于具有不同的内部参考电压，因此需要在ICE1PCS01 和 ICE2PCS01的解决方案中分别采用不同的电阻分压器。 Vsense电压还可以应用到增强动态响应模块。ICE2PCS01 在Vout超过额定值+5%的情况下，增强动态响应模块能够将占空比迅速调整到零。可以把该功能看作Vout过压保护。除了增强动态响应模块以外，ICE2PCS01还提供了额外的过压（OVP）保护，这通过直接关闭门输出来实现（当Vout超过额定值+8%时）。除增强动态响应模块之外，直接OVP关闭功能进一步提升了系统的稳定性。
5.电流环路和电压环路调节：ICE2PCS01的基本工作原理与ICE1PCS01相同。
ICE2PCS01采用级联控制（即内部电流环路和外部电压环路）工作模式。IC的内部电流环路控制平均输入电流的正弦波形状。外部电压环路控制Vout并且调节平均输入电流的幅度。
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而CCM的控制电路设计复杂，CCM PFC控制器的管脚数目也较多。
芯片结构如图
图3.7 ICE2PCS01芯片结构图
表3.1 ICE2PCS01引脚功能
引脚 引脚符号 引脚功能
1 GND 接地 2 ICOMP 电流循环补偿 3 ISENSE 电流意义上的输入 4 FREQ 交换频率设置 5 VCOMP 电压循环补偿 6 VSENSE 输出电压反馈输入 7 VCC 集成电路供应电压 8 GATE 门开输出
图3.8为该芯片内部电路图。其中ICOMP为电流环内部跨导运算放大器的输出端；ISENSE为电流环的输入端；FREQ外接电阻,在50 kHz~250 kHz范围内可调整频率；VCOMP外接电压环补偿元件；VSENCE为电压环输入，额定输出电压时此脚电压应为5 V；VCC外接芯片电源,工作电源在10 V~21 V。
芯片技术特性：1.支持宽范围内的电压输入；2. 50 kHz~250 kHz可调频率范围；3.频率在125 kHz时,最大占空比为95%(典型值)；4.内部参考电压5 V±2%。5.芯片供电电压10.0 V~21.0 V(典型值)；6.输出驱动信号高电平电压值11.5 V(典型值,芯片供电电压20.0 V时)；7.工作结温-40℃~150℃；8.满足IEC 1000-3-2 Class D标准的谐波分量要求。
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图3.8 ICE2PCS01内部结构
3.3.2 Boost PFC主电路主要参数的设计
本设计的大功率有源功率因数校正电路采用两级PFC电路结构通过分别实现对输入电流整形和输出电压快速调节，使电源具有良好的性能，其总谐波失真度小于5%，功率因数高达98%，而且容易进一步优化DC/DC变换级电路。输入市电电压Ui(220VAC±20%)经过整流滤波，进入PFC校正部分，经过Boost升压电感、MOSFET斩波电路，将其转换为输出电压380V的直流电压。采用英飞凌先进的APFC控制芯片，通过对电压外环，电流内环的精确控制，实现APFC校正的目标。设计电路如图3.9所示，下面将分别介绍电路中主要元件的设计方法。
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