基于ST L4985A 的低 THD 350W CCM PFC 前置稳压器方案

介绍

本应用笔记介绍了基于新型 L4985 连续导通模式的演示板 EVL4985-350W (CCM) 功率因数控制器 (PFC)，并介绍了其台架评估的主要结果。该板实现了350W，宽范围输入 PFC 预调节器，适用于从 150 W 到数 kW 的所有 SMPS，必须符合 IEC61000-3-2 和JEITA-MITI 标准。由于 L4985 上嵌入了专利控制，该设计的主要特点是输入电流失真极低（THD）在所有工作条件下，并且外部元件数量非常有限，如高压启动电路和X-cap 放电电路嵌入在 L4985 中。

评估板的主要特点如下：

功率因数转换器 (PFC) 的功率级是传统的升压转换器，连接到桥式整流器D3。它由升压电感L1、功率开关MOSFET Q2（未安装Q1）、输出二极管D1和由并联电解电容C3和C4形成的输出电容。为了满足 EMC 标准，该板配备了一个输入 EMI 滤波器，以降低来自升压阶段。 L3 过滤共模辐射，而 L2、C6、C7 降低差模辐射。连接在线路和中性线之间的 300 V 压敏电阻 RV1 保护电路免受高输入电压的影响瞬变，而保险丝 F1 在短路的情况下断开电源。

NTC 电阻器 R1 与输出二极管串联，可限制转换器插入时的浪涌电流。这旁路二极管 D2 对输出电容器进行预充电，以限制涌入升压电感器/输出的电流二极管。L4985 嵌入了高压启动电路，可将 VCC 引脚 (#1) 充电至 VCC_ON 阈值，源出恒定电流 IHV_ON（7mA 典型值）。800 V 高压启动块包括电路将 EMI 滤波器的 X 电容器放电至安全水平。这使设备能够满足安全规定，例如IEC 61010-1 和 IEC 62368-1 不使用与 X 电容器并联的传统放电电阻器。

电阻器 R25、R26、R27 和 R20//R21 专用于检测输出电压并提供误差放大器（FB，引脚 #5）的反相输入 保持输出电压所需的反馈信息受监管。组件 C16、R24 和 C18 连接在 COMP 引脚 (#6) 和地之间，形成错误放大器补偿网络以保持所需的环路稳定性。电感器峰值电流由与接地回路串联的电阻器 R2//R3//R4 感测，并且派生信号通过电阻 R16 馈入 L4985 的电流检测引脚（CS，#4），用于优化 THD在 CCM 操作中的性能。

一个小的滤波电容 C11 连接在 CS 引脚和地之间。J1 连接器（EBM 输入）上有一个远程开/关控制输入。在 EBM 输入端强制为 3.3V/5V，FB引脚 (#5) 低于 VFB_FF/EBM 阈值 (0.5 V 典型值)，L4985 立即停止开关活动并降低其功耗。一旦 FB 引脚被释放（EBM 输入接地或提升浮动）。还提供了一个禁用功能，在 J1 连接器的 ON/OFF 输入端强制为 3.3V/5V。一旦 COMP 引脚被释放（开/关输入接地或提升浮空），设备通过软启动重新启动操作。

PF VS Pout for 100V, 115V & 230V

THD VS Pout for 100V, 115V & 230V

PFC choke spec.

►场景应用图

►产品实体图

►展示板照片

►方案方块图

►核心技术优势

特征

 • 峰值电流模式 CCM 操作

• 800 V 高压启动，集成输入电压感应

• 有源输入滤波电容放电

• 专有的乘法器“仿真器”，具有最小的线路电流总谐波失真工作条件（CCM 和 DCM）

• 极少的外部元件

• 保护：反馈回路故障、OVP、OCP、电感饱和、欠压、掉电（符合医疗 SMPS 标准）

• 电感电流检测

• 禁用和低耗功能

• 浪涌电流监控

• 软启动以实现平稳启动

• 1.2% (@ Tj = 25 °C) 内部参考电压

• 65 kHz（A 版）和 130 kHz（B 版）开关频率

• SO8 封装

应用

• PFC 预调节器用于：

– 超过 1 kW 符合 IEC61000-3-2 和 JEIDA-MITI 标准的 SMPS

– 台式电脑、服务器、网络服务器、游戏机

– 大功率 LED 灯具

– 符合 IEC 60601-1-2 的工业和医疗 SMPS

 描述

L4985 是用于升压转换器的峰值电流模式 PFC 控制器专有乘法器“仿真器”，除了创新的 THD 优化器在所有操作中保证非常低的总谐波失真 (THD) 性能条件。

该器件采用引脚 SO 封装，提供高性能/用于 CCM 操作的升压 PFC 预调节器的低组件数解决方案符合 EN61000-3-2 和 JEIDA-MITI 标准的应用，功率范围跨越从几百瓦到几千瓦。

得益于专有的关断时间调制器，该设备以准固定方式运行在所有工作条件下的频率。有两个选项可供选择，65 kHz 用于 A 和B 为 130 kHz。

800V 高压启动块还包括用于放电的电路EMI 滤波器的 X 电容器达到安全水平。这使得该单元满足安全法规（如 IEC 61010-1 或 IEC 62368-1），而不使用传统的与 X 电容器并联的放电电阻。

该设备具有低功耗和禁用功能，允许使用应符合最新节能要求的应用由美国能源部 (DoE) 能源之星 (Energy Star) 发布，欧洲行为准则、欧盟生态设计指令和其他指导方针。

除了能够保持输出电压低于过压保护在瞬态条件控制，该IC还提供了一个保护反馈回路故障或错误设置和升压电感饱和。 这掉电保护功能允许根据设计医疗设备由 IEC 60601-1-2 驱动的最新法规，它要求在输出调节电源骤降的情况下持续长达

►方案规格

评估板的主要特点如下：

• 输入电源范围：90-265 Vac (45/65 Hz)

• 稳压输出电压 (VOUT)：400 Vdc

• 额定输出功率（POUT_MAX）：350 W

• 输入电流失真 (THD)：从100%负载到20% 负载 < 10> 0.9

• 转换器效率峰值（η）：97.8%

• 开关频率 (FSW)：65 kHz

• 电源谐波：符合 EN61000-3-2 Class-D 和 JEITA-MITI Class-D

• EMI：根据 EN55022 Class-B

• PCB：单面，70 μm，FR-4，105 x 75 mm