一种用于PFC的模拟乘法器设计

一种用于PFC的模拟乘法器设计
随着家庭用电设备越来越多，大量的谐波重量倒流入电网，造成电网的谐波“污染”。

为了抑制这些电流谐波重量，采纳功率因素校正技术(PFC)。

目前对功率因素校正技术的讨论取得了许多成绩，其中，在拓扑结构方面，Boost型PFC技术已经完美，在控制方面，以电流环、环的双环控制比较成熟。

模拟乘法器的设计是实现输入电流尾随输入电压重要的一部分，通过对乘法器的输出与电流的峰值比较，在变频控制下，控制功率开关管的打开，使开启时光固定为一个常数，功率因素理论上为单位值。

1 变频控制的基本原理
为了得到理论上等于1的功率因素，Boost型PFC通常采纳变频控制法。

在Boost拓扑中，电感电流等于输入电流。

在变频控制下，电感电流(即输入电流)的平均值为：从式(1)可以看到，假如功率管开启时光TON始终是一个同定值，电感电流的平均值与输入电压VI成正比，功率因素在理论上将为1，这就是变频控制的基本原理。

因为电感始终处在临界导电模式，所以义称临界导电控制法。

2 乘法器在变频控制中的作用
为了在Boost型电路中实现功率管开启时光为定值，引进了模拟乘法器。

在PFC工作在稳定状态时，模拟乘法器的输出电压VMULT与电感电流检测Rs上的电压VRs比较，当VMULT小于VRs时，功率管关断，因而开启时光固定。

乘法器的输出电压为：
式中，k是一个常数值，Vc在稳定工作状态下也近乎常数值。

很显然，开启时光和输入电压无关，只和常系数k、电感L和检测电阻Rs有关。

3 乘法器
3．1 乘法器的基本原理
按照图1所示的乘法器的基本结构，VQ3和VQ4组成一个共射差分对，电流源Iss提供差分对电流偏置，VQ5、VQ6作为差分对的有源负载。

VQ3和VQ4是彻低相同的，Vid2＞0，按照推导，
VQ3和VQ4的集电极电流差通过VQ7、VQ8和VQ9组成的镜像电流源镜像到VQ1和VQ2的共射极端，给VQ1和VQ2提供偏置电流，因此，
同样，彻低相同的VQ1和VQ2也组成一个共射差分对，IEE为这两个管子提供偏置电流。

Vid1＞0，可得：
当(Ic1-Ic2)这个电流差流过1只取样电阻，2个输入电压的乘积结果就是1个电压值。

3．2 电压衰减电路
要使乘法器能够正常工作，2个输入信号电压必需小于2VT，这样将大大缩小输入电压范围，也就大大限制了电路应用。

为了扩大输入电压的输入范围。

必需把输入电压举行线性衰减，使衰减后的输入电压满足小于2VT，从而能够实现乘法功能。

因此，在乘法器的输入端加入了一个电压衰减电路。

基本的电压衰减电路2所示。

双极管VQ3和VQ4彻低一样，VQ1和VQ2也是相同，电流源I为电路提供电流偏置，输入V1和输出V0的关系式为：
只要调节R或I的值，输入电压就可以得到很好衰减。

3．3 偏置电路
电流偏置电路3所示。

VQ3、VQ4和R1、R2组成基本的镜像电流电路，
VQ2为了减小电流增益β对电路的影响。

晶体管的集电极电流为：
式中，Iss是放射极反向饱和电流，与放射极的横截面积成正比。

VQ3和VQ4的VEB相等，R1的阻值是R2的2倍，但是VQ4的放射极的横截面积是VQ3的2倍，因此，输出的电流I是VQ1的集电极的2倍。

所以，想要得到数倍于VQ1集电极电流，可调节VQ4的电阻值和放射极的横截面积。

4 结果
图4为的仿真结果。

仿真条件为Vdd=7V，Vbias=2．5 V，乘法器的一端输入为全桥整流后幅度为3 V的正弦波，另一端输入为直流电压1 V。

可以看到，输出波形是与输入同频同相的半正弦波，幅度是1．2 V。

5 结束语具体分析了乘法器电路的工作原理。

按照电路应用的需要，灵便调节电阻值R0、电流I1和I2的值。

此电路可广泛应用于需要乘法器单元的电流控制PFC电路。