松下新机型的PFC电路分析

吴善龙

            P50U30 PFC电路分析与维修

                                                    吴善龙

大屏幕彩电的电源电路，为了提高功率因数，都加设了功率因数校正电路------简称为PFC电路。在老式的CRT彩电中，把市电220V经过桥式整流、大电容滤波后，直接加到开关电源，由开关电源把市电转换成好几种直流电压为全机供电。桥式整流后加一个200UF的大电容滤波，在大电容上储存有大约200V以前的直流电压，因此，桥式整流电路仅在交流市电处于波峰时才导通为大电容充电，即只有此时电视机才从市电电网吸取电能，而在交流电的非波峰时期，因为整流后的电压低于大电容上的滤波电压，因此，整流桥截止，此时段内电视机不从电网吸收电能。这样一来，在正弦波的一个周期内，只有当正弦波的波峰这一极短时间内电视机才从电网吸取电能，而在此之外的很长时间不从电网吸取电能，这使电网的负载总是在突变状态，破坏了电网的稳定，破坏了电网正弦波波形的纯净，因为整流桥只在正弦波波峰这一短时间导通，说明电视机的电源线上的电流是尖脉冲状的，会产生高频幅射干扰其它用电设备。为此，政府规定：当家电的耗电量大于50W时，强制性规定要加设PFC电路。

PFC电路的作用就克服桥式整流加电容滤波这种电路的缺点，交流电进入电视机后，同样还是先经过桥式整流，但桥式整流之后不接200UF左右的大电解，而是接一个1UF左右的小容量电容，然后加到后面的PFC电路，由于这个电容容量很小仅1UF，不会对整流后的100HZ脉动电压进行滤波，因此，加到PFC电路的电压波形是全波整流波形（一个接一个的镘头状正半波波形）。PFC电路的工作频率很高大约60KH，与100HZ相比很高，是100HZ的600倍。PFC电路的特点是不论交流电处于波峰，还是处于波谷，连续的从电网吸取电能为电视机供电。

  一、FA5590简介：松下 11年生产的PDP电源板，其PFC电路的芯片是8脚的FA5590,下面介绍这个芯片：

FA5590的特点：

1、  高精度过流保护。

2、  轻负载时降低工作频率以提高电源效率。

3、  工作电流很小，启动时电流仅80UA，正常工作时电流仅2MA.

4、  能够直接驱动大功率MOS管。

5、  反馈脚FB具有开路保护和短路保护功能。

6、  具有欠压保护功能：当IC供电大于9.6V时开始工作，小于9V时进入欠压保护状态，停止工作。

7、  IC内部具有过压保护功能。

IC内部框图：

各脚功能介绍：

脚号： 名称：   功能                                                      实测电压

1      FB     反馈电压输入，PFC输出的电压经取样后加在该脚                2.5V

2      COMP  补偿，IC内部误差放大器的输出端。                          0.75V

3     RT      设定开关管最大导通宽度。                                   1.08V

4     RTZC    设定开关管导通的延迟时间。                                 1.04V

5     IS       开关管电流检测输入                                         0V

6     GND     接地。                                                     0V

7     OUT     驱动输出端。                                                0V

8     VCC     供电脚。                                                    14V

吴善龙

IC内部电路组成：见下图所示。
1、        锯齿波发生器RAMP OSC，输出两路波形，第一路向右输出正脉冲，加到Q触发器的S（置1）输入端。第二路向下输出锯齿波电压，加到脉宽调制比较器PWM COMP的正输入端。
2、        误差放大器ERR AMP：PFC电路输出的直流电压，经过2个电阻分压取样后，加到IC的1脚-----误差放大器ERRAMP的负输入端，该放大器的输出经过2脚外接的电容和电阻滤波，加到脉宽调制PWM COMP比较器的负输入端。
3、        脉宽调制比较器PWM COMP：:该比较器共有2路输入，1是锯齿波发生器送来的正向锯齿波电压VRAMP，2是误差放大器送来的直流误差电压VCOMP。这2路电压的关系见下图所示：    在Q1导通的开始时VRAMP电压低于VCOMP电压，此时比较器的负输入端高于正输入端，因此，比较器输出低电平。随着Q1导通时间的延长，VRAMP电压逐渐升高，最后VRAMP电压升高到与VCOMP电压相等，再稍后VRAMP电压升高到高于VCOMP电压的那一刻，比较器的正输入端高于负输入端，比较器输出端翻转成高电平。该高电平加到2输入端或门，使该或门输出高电平，加到Q触发器的R输入端，Q触发器的R端是清零端，当该脚输入高电平时，会把Q输出端清零。经过4输入端与门和缓冲器的传递，IC的7脚输出低电平，关断开关管Q1。由上述可见：Q1的关断是由IC内部产生的锯齿电压峰值VRAMP和PFC取样电压VCOMP共同决定的，因为锯齿波电压是由IC内部的参数决定，是一个定值，是一个常数不变。因此，Q1关断的时间只受PFC输出电压的取样电压来决定了。PFC取样电压升高时，Q1关断提前，Q1导通的宽度变窄。PFC取样电压降低时，Q1关断延后，Q1导通时间宽带变宽。经过这样调节Q1的导通时间宽度，就可以稳定PFC输出电压的稳定性。
4、        Q触发器：有两个输入端：R和S，当R端是高电平时，把输出端Q设定到低电平，当S端是高电平时，把输出端Q设定到高电平。
5、        过流保护比较器OCP COMP:Q1导通时，Q1的D-----S极间电流呈锯齿状线性增大，该电流流过RS电阻，把这个锯齿波电流变换成锯齿波电压。因为RS的右端接地，因此，RS的左端到地是一个负向的锯齿波电压。这个负向的锯齿波电压经过R加到IC的5脚即加到比较器的负输入端，正输入端加-0.6V固定电压，PFC电路工作正常时，RS上的压降较小，5脚即负输入端电压高于正输入端电压，因此，OCP输出低电平，经过或门使Q触发器的R端为低电平，不影响触发器的状态，此时触发器只受S输入端的脉冲进行控制，从Q端----IC的7脚输出正常的驱动脉冲。当Q1过流时，RS左端负压升高，大于-0.6V时，OCP比较器正输入端电压高于负输入端，比较器输出高电平，该高电平经或门加到R端，使Q触发器输出0电平------IC的7脚输出0电平，关断Q1。达到防止过流损坏零件的目的。
6、        过零检测比较器ZCD COMP: Q1导通时，市电经桥式整流得到的电压加到L1、Q1，当Q1导通时，产生电流，电流通路：整流桥的正端-----L1------Q1------RS-------整流桥的负端。该电流给L1充电，把市电的电能储存在了L1内。当Q1截止时，L1内储存的电能向负载供电，L1向负载放电，放电的电流通路是（见下图）：L1右端-----D1-----C-----RS-----整流桥------L1左端。放电电流的波形见下图中的IL1波形。放电电流过RS时，在RS的左端到地产生一个负的锯齿电压，随着L1放电电流越来越小，RS左端的负压也越来越小，加在IC:5脚即过零检测比较器的正输入端的负压越来越小，当这个负压小于-10MV时（说明L1内储存的电能向负载释放完毕了，此时开关管Q1应当再次导通，为L1充电），过零检测比较器的正输入端高于负输入端，过零比较器输出端翻转成高电平，经过延迟电路DELAY,加到锯齿波发生器RAMP OSC电路，该电路输出正脉冲向右加到Q触发器的S输入端，把Q输出端置成高电平，IC的7脚输出高电平，再次接通Q1，为L1再次充电。由上可见：Q1的导通时间点由过零检测比较器来决定。过零检测比较器实际上就是检测L1内的放电电流是否下降到零了，L1内的电能是否已经完全加到负载上了，L1放电是否完全放完了。当检测到L1内的放电电流变小为0时，过零检测器就再次打开Q1，让市电通过Q1为L1充电，为L1向负载供电做准备。

7、或门：或门通常有2个以上的输入端，或门的特点是当全部的输入端中只要有一个输入端是高电平，输出端就肯定是高电平。或门的符号见图中所示：  国际标准的或门符号与中国标准的或门符号不一样。图中的符号是国际标准。
8、与门：与门通常有2个以上的输入端，与门的特点是当全部的输入端中只要有一个输入端是低电平0，则输出端肯定是低电平。与门的符号见图中所示：   国际标准的与门符号与中国标准的符号不一样，图中的符号是国际标准。

吴善龙

三、PFC电路提高功率因数的原理：
1、电路示意图:

2、L1电流波形图：



上图中流过L1的三角波电流的上升沿快慢由输入的正弦波电压瞬时值决定，而在正弦波的起始处，由于此时正弦波电压的瞬时值低，因此三角波上升沿上升慢，在正弦波电压的峰值附近，由于此时正弦波电压的瞬时值最高，因此，三角波上升沿很快。

吴善龙

四、IC内部各电路方框的祥细说明：
1、误差放大器：PFC电路输出的电压，经过电阻分压取样，加到IC的1脚输入，作为反馈电压FB。用于稳定PFC输出电压。

反馈电压FB加到IC的1脚输入，即误差放大器ERRAMP的负输入端。在正输入端接一个2.5V的基准电压，在IC的1脚内部接有一个1.8UA的电流源，用于检测IC的1脚FB电压是否开路。PFC电路输出电压中包含有50HZ交流电的纹波成份，在IC的2脚外部接有R和C，就是用来滤除50HZ交流电的纹波。误差放大器的输出加到脉宽调制器PWM COMP的负输入端。
2、软启动电路SOFT START：用于抑制开机启动时浪涌电流的冲击和输出电压的过冲。软启动功能限制输出电压的上升速度，在刚开机时，PFC电路处于启动状态，IC：1脚的FB电压低于2.5V基准电压，此时软启动电路使开关管的导通宽度小于最大导通宽度的80%，这就限制了启动时输出电压的值。下图左上角SOFT START是软启动电路，它的输出向右控制锯齿波产生器的频率。软启动电路受左侧的2输入端或门电路的控制。该或门电路共有两个输入端SP 和UVLO。SP是FB端子到地短路保护，UVLO是VCC欠压保护。当或门的两个输入端都是0V时，或门的输出端肯定是0V，该0V加到软启动电路，使软启动电路停止工作。SP电压或是UVLO电压只要有一个出现高电平，或门肯定输出高电平加到软启动电路，软启动电路就可以正常工作。

3、过压保护电路OVP：当PFC电路的输出电压超过标准值时，OVP电路启动，限制PFC输出电压的过压。该IC内部有两套过压保护电路，一是静态过压保护OVP，二是动态过压保护DYNAMIC OVP。
动态过压保护：当IC的FB端电压大于2.63V时，动态过压比较器DYNAMIC OVP正输入端高于负输入端，比较器输出高电平，加到锯齿波发生器RAMP OSC，缩短开关管的导通宽度，限制了输出电压的过高。
静态过压保护：由OVP COMP比较器完成。当FB端子的电压高于2.73V时，该比较器输出高电平OVP，加到4输入端与门的OVP输入端，关断IC:7输出的开关管驱动脉冲。使PFC电路停止工作。
在PFC电路正常工作时，FB端子的电压是2.5V，与误差放大器正输入端的基准电压2.5V相等。在PFC电路启动时或是因为负载的变化使PFC电路的输出电压过高时，经过分压取样后IC的FB端子的电压会高于2.63V基准电压，此时，动态过压保护电路启动，缩短开关管的导通宽度，以使PFC电压回落到标准值之内。当PFC输出电压进一步升高，经分压后使FB端子电压高于2.73V时，静态过压保护电路启动，输出OVP电压，加到4输入端与门的OVP输入端，关断IC：7脚输出的驱动脉冲，开关管停止工作。
4、短路保护：当IC的FB端到地短路时，会使PFC电路的输出电压过高，击穿有关零件，为此必须设计一个FB端子到地短路的保护功能。IC内部设计有FB端子的短路保护比较器SHORT COMP，当IC的FB端子外围零件对地短路时，FB端子电压会下降到小于0.3V，SHORT COMP比较器输出端SP变成低电平，SP低电平分两路：一路加到4输入端与门SP输入端，关断7脚的输出，使开关管停止工作，二路是加到上图中左上角的2输入脚或门电路，关闭软启动电路SOFT START，当FB端子上升到高于0.3V时，比较器输出端SP变成高电平，一方面加到4输入端与门，从IC的7脚输出驱动脉冲，另一方面加到上图中左上角的2输入端或门，或门输出高电平加到软启动电路输入端，软启动电路开始工作，使IC从待机状态恢复到工作状态，IC：7脚开始输出驱动脉冲到开关管。
5、IC的1脚与外部分压电阻开路保护：当下图中IC：1脚与1脚外的分压电路断开时，PFC电路的输出压极高，损坏有关零件，为此必须在IC内部设计一个1脚开路保护电路。当1脚开路时，1脚内部的1.8UA电流源将把1脚电压强制升高，随着1脚电压的升高，误差放大器输出下降，PFC输出的电压下降，或者关断IC输出的驱动脉冲，这就起到了保护功能。
7、        锯齿波产生电路：在轻负载时，IC能够自动的升高工作频率，但是当工作频率过高时PFC电路的效率会下降，因此设计了最高频率限制电路。在IC：3脚到地的电阻就设定了最高工作频率。
8、        导通延迟电路DELAY:
下图中，L1的电流经过开关管Q1在RS上产生负向的锯齿波电压，加到IC的5脚，在5脚内部有L1电感电流过零检测器ZCD COMP，在L1的电流降为0V时，ZCD比较器输出高电平加到锯齿波产生器输出正脉冲使Q1导通，但因为L1的电流下降到零时Q1:D极到地的电压VDS因为有电容元件存在延迟并不是最小值，因此，这时开启Q1，Q1的功耗会比较大，因此在ZCD和锯齿波发生器之间设计了一个延迟电路DELAY，4脚外的R6 、C8决定Q1导通的延迟时间，在Q1的VDS刚好最低时让Q1导通。此时Q1的开启损耗最低。

吴善龙

9、        过流检测保护电路：当开关管Q1过流时，在RS左端到地的负压升高，通过5脚内部的分压电阻加到过流比较器OCP COMP的负输入端，该比较器输出高电平OCP，关断IC输出的驱动脉冲。
10、        自动重新启动电路： 在PFC电路正常工作时，L1 Q1 和IC共同构成振荡，当L1的电流下降到零点时，过零检测电路使开关管重新导通，但当电路有故障时，过零检测电路故障，就无法检测到电流的过零点，因此，在IC内部设计有重新启动电路。相当于汽车的启动马达一样，当启动完成之后该电路就停止工作了。下图中的TIMER就是重启定时器，当开关管持续关断超过20US时，自动产生触发信号，使PFC电路能够自行在故障后重新启动。
11、        UVLO欠压锁定电路：当IC的供电过低时，该电路关断IC的驱动输出，防止损坏电路。下图中8脚的下方，是欠压检测比较器UVLO COMP,在这个图中比较器的正负输入端极性画颠倒了，应当上边是正输入端，下边是负输入端，在比较器下边的输入端即负输入端加的是9.6V基准电压，把8脚的VCC电压加到比较器的上端（正输入端），当IC的供电VCC低于9.6V时，比较器输出低电平，分两路输出：一路加到4输入端的与门，关断IC:7脚的驱动输出脉冲，二路是加到下图中左上角的2输入端或门的输入脚，该或门输出低电平加到软启动电路SOFT START, 使软启动电路不工作。当VCC电压上升到高于9.6V时，UVLO输出高电平，打开4输入端的与门，为IC:7脚输出做好准备，同时加到2输入端或门，该或门输出高电平加到软启动电路，软启动电路开始工作。
   
五、松下11年生产的PDP电源板上的PFC电路，以P50U30为例:
   下图中Q001是大功率MOS开关管，L005是储能电感，D001是整流桥，IC001是PFC振荡IC，来自待机电源的14V电源STB-VCC，从下图的右下角加到PDP管Q881的E极，当电源板的微处理器IC601发出PFC工作的指令时，下图右下角的PC803光敏管导通，E极输出高电平，经R889加到Q882的B极，Q882导通------q881导通，从Q881的C极输出14V电源，经过R881为IC001的8脚供电。
   IC001的7脚输出正的驱动脉冲，经电阻和二极管后加到Q001的G极，Q        001导通，整流桥输出的电压，通过Q001导通为L005充电。当IC的7脚脉冲过后是低电平时，Q001截止，L005通D017向滤波电容C021   C022充电，输出PFC电压向负载供电。R830-----R840、R866组成PFC分压取样电路，在R866分得的取样电压加到IC001的1脚，作为反馈电压FB，控制IC:7脚输出的正脉冲宽度，调节L005内储能的多少，从而调节PFC输出电压的高低。
  IC:1脚输入的反馈电压在IC内放大后，被2脚外接的C861 C863 R861 R862滤波，去除干扰。3脚外接的R863 C864用于设定开关管Q001导通的最大时间宽度。4脚外接的C865 R864用于设定开关管导通延迟的时间，通过适当选取这两个零件的数值，当Q001的D极电压波形恰好处于最低点时，IC:7脚输出正脉冲前沿，此时让Q001导通，可以使Q001开启损耗最小。开关电源的效率最高。R081 R082 R083 R084：4个0.12欧电阻并联，作为开关管电流取样电阻，把开关管D极电流转化成负压，经过R821加到IC的5脚IS端。该电压进入IC：5脚内部后，有两个作用：
一是加到电流过零检测电路，用于检测L005的电流是否下降到零，当检测到下降到零时，说明L005内储存的电能已经全部放光并且供给负载了，此时电流过零检测电路启动锯齿波发生器，让IC的7脚再次输出正方波加到Q001的G极，让整流桥输出的电压给电感L005再次充电，为下一周期向负载供电作准备。
二是当负载有短路发生过流时，流过4个电流取样电阻的电流增大，压降升高，这使IC：5脚的负压升高，5脚内部的过流检测比较器输出高电平，关断IC：7脚输出的驱动脉冲，使PFC电路停止工作。

AC检测电路：进入电源板的AC220V市电，经过上图中左上角的D007  D008全波整流，得到全波脉动电压，经R801 R802合成一路，再经R803----R811 R814分压，把R814上的分压加到Q801的B极，Q801的E极接6.8V稳压管，在全波脉动电压的作用下，Q801----Q802放大，在Q802的C极输出全波脉冲电压，驱动光耦PC801发光，加到电源板微处理器IC601的1脚，据此微处理器判断市电电压正常。

山陶

学习了{:soso_e179:}{:soso_e179:}{:soso_e179:}

吴善龙

本文给出了IC内部极为祥尽的电路说明，对于PFC电路是怎样提高功率因数的，进行了最好的解释。

quisheng

谢谢分享。。。。。。。。。。。。。。{:soso_e163:}

lvchengjian0504

感谢吴老师！！！！！！！！！！！！

nuemtf

吴师傅,你能不能象以前那样配上电路图做成一个文档,这样下载后可比慢慢研究.

吴善龙

过几天，用附件的形式，把带图的全文上传

吴善龙

在这个压缩包中，有本帖的原文件，带有电路图，及WORD全文。请大家下载学习。

nuemtf

已经下载学习了

kufai

謝謝吳老師的文章, 獲益良多{:soso_e179:}

吴善龙

从松下的电原理图上截图，在北网发表，有侵权的嫌疑，松下不允许。

吴善龙 发表于 2012-12-21 22:13
在这个压缩包中，有本帖的原文件，带有电路图，及WORD全文。请大家下载学习。

好东西，我找了很久了，下载个，要积分啊，那个办？

吴善龙

大家学习，应用，维修。

电工董

谢谢吴老师！

吴善龙

PFC电路，是本板电视机必有的电路，故障发生率高。

为·你！停留

谢谢分享