ICE2PCS01的分析和技术应用

1、ice2pcs01工作原理分析与设计黄晓康 :kan850929 1.传统的ccm pfc结构电路上图为传统的ccm pfc结构电路，在传统的pfc电路存在两个控制环。一个是 电压环，它被用来调整输出电压；另外一个是电流环，它被用来控制输入电流。输出电压 电压与基准电压比较经误差放大器的输出verr，verr决定了输入电流iin的幅值大小。 verr乘以正弦波参考信号|vin|得到正弦输入电流参考信号iset。再与检测到的电感平均 电流比较产生pwm控制信号。在传统的ccmpfc中，|vin|是必不可少的，它用于产生 电流控制环中的正弦波输入电压。更详细结构如下：2.为了简化控制，省掉乘法器。

2、如图英飞凌推出了新的控制方式芯片；ice2pcs01其经典电路如下;figure 2 typical application circuit of ice2pcs013.ice2pcs01控制原理 下图为ice2pcs01的内部结构图¥（：（：i赚e娜图2内部结构representative 卬loc方 diagram如上图，该芯片的基本原理如下所述。假设电压环正处于工作状态，输出电压保持恒定，则一 个ccm升压型pfc控制系统的mosfet关断占空比doff可以由下面的公式得到：doff=vin/vout从上面的公式可知，doff正比于vin，它反映了输入电压波形。利用这个，ice

3、2pcs01的 电压环模块产生一个斜率随doff变化的锯齿波与电流环的低频平均电流ave(iin)比较， 来调整pwm。(电流环的目的在于调整电感电流的平均值，使得它正比于关断占空比 doff,从而正比于输入电压vin。)这个关系式可以通过前边沿调制方式实现，如下图 右图中虚线是p1的波形。实线是p2的波形。poutfp2_(p2±pufigure 12 average current control in ccm 2.增强动态响应由pfc的固育属性，pfc动态环路总 是用低带宽进行补偿，目的是不对频率为 2xfl波纹响灰。这里fl指的是交流电源 nonlinear gair4 75

4、v *window delectvbeibi线的频率。所以当负载突变时，调整电路 不能作出快速响应，从而引起输出电压起 落过大。为了解决这个pfc应用中的问 题，在芯片中采用了增强动态响应。一旦 输出电压超出止常值的5%, ic将跳过慢 补偿运算放大器，直接作用于内部非线性 墦益块而影响人空比。输出电压能够在- 个短时间内冋复到止常值。图4所示为实 现增强动态响应的控制模块。载荷突变的 测试波形如图5和图6所示。额定输出电压是400v直流。在降5屮， 可以右出，当输出电压达到420v, ji关立 刻截1匕.电励过冲被限制棚定电 压的5%以下。输出过冲电压保妒也采用 同样的控剌策咯。在阁6中，可

5、以肴出， 当vseree下降到4.75v,也就是比额定 电压低5%，1c立刻响成，门驱动的占空 比立刻增加。电e降被控制在40v以x软启动图6图7该1c具有高效的软启动功能，如图7所示，该功能可以控制启动电流，使其输入电流 幅度连续而渐进地上升到较髙的值，直至输出电压达到额定电压的80%,然后进入正常 的控制模式。这一启动过程中的电流波形如图8所示。相对于一般的的软启动系统，该 系统仅控占空比，输入电流保持正弦，不激活峰值电流限幅。因此升压二极管不会受到因 髙占空比而形成的大电流的冲击。这个髙的浪涌电流将会危及升压二极管，特别对碳化硅 升压二极管，因为相对硅二极管来说，碳化硅二极管的峰值电流能

6、力更小。lb-aug-011:21:54150nvex ft1vdc s1 ms/s3.1vdc ft_4 0c 4.2 v41vdc fi stopped图8开环保护(olp)/输入欠压保护开环意味着反馈环被断开，没有反馈信号进入1c。在这种情况下，如果没有保护措施，内 部的控制电压将会被调节到最大值，1c将提高占空比以传送最大功率。在这种故障情况 下，输出电压仅仅取决于输出电流。在负载较小的情况下，将会产生很高的电压过冲，这 将危及到后面的用电设备。该1c具有开环保护以对输出电压进行监控，如图9所示。一 旦vsense电压低于0.8v,也就是vout低于额定电压16%的时候，就意味着进入了

7、 开环状态(vsense管脚没有连接或者输入电压小于额定值。在这种情况下，芯片中绝大多 数模块将停止工作。该保护功能是通过阈值电压为0.8v的比较器c3实现的。图10是 在高交流电源输入电压和小负载情况下的测试波形。如图所示，一旦出现开环故障， mosfet门开关立即停止工作，输出电压没有过冲。如图所示，一旦出现开环故障，mosfet门开关立即停止工作，输出电压没有过冲。该 保护也可用于在某些情况下关闭pfc,例如待机模式等。protection log i c0.8vsenseopen-loop protectgopynghtc wipefln权 rghts raservm.图92)输出过压

8、保护(ovp)增强动态响应模块也具有输出过压保护功能。一旦vout超过额定电压5%,输出过压 保护ovp功能就被激活，如图5所示。通过判断vsense管脚的电压是否大于参考电压 5.25v就可以实现这一功能。vsense电压髙于5.25v时，1c会跳过正常的电压环控制而直接控 制占空比使其立刻下降到0。这将导致输入功率下降，从而使得输出电压vout下降。1000w外围设计1.电路emi filtervin=8sv.265v acauxiliary supply-figure 2 typical application circuit of ice2pcs01vour=400vdc1. 电流检测电阻1000w，il一pk=llarsense<0.68v/ilpk=0.06 欧姆 我们选择0.05欧姆。2. 为限流r