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有源功率因數(shù)校正電路工作原理分析
摘要: 常用有源功率因數(shù)校正電路分為連續(xù)電流模式控制型與非連續(xù)電流模式控制型兩類。其中,連續(xù)電流模式控制型主要有升壓型(Boost)、降壓型(Buck)、升降壓型(Buck-Boost)之分;非連續(xù)電流模式控制型有正激型(Forward)、反激型(Flyback)之分,下面對這幾種電路的工作原理分別加以介紹。
Abstract:
Key words :

中心議題:

  • 升壓PFC電路原理及優(yōu)缺點
  • 降壓型PFC電路原理及優(yōu)缺點
  • 升降壓型PFC電路原理及優(yōu)缺點
  • 正激型PFC電路原理及優(yōu)缺點
  • 反激型PFC原理及優(yōu)缺點


常用有源功率因數(shù)校正電路分為連續(xù)電流模式控制型與非連續(xù)電流模式控制型兩類。其中,連續(xù)電流模式控制型主要有升壓型(Boost)、降壓型(Buck)、升降壓型(Buck-Boost)之分;非連續(xù)電流模式控制型有正激型(Forward)、反激型(Fly back)之分,下面對這幾種電路的工作原理分別加以介紹。

1.升壓型PFC電路

升壓型PFC主電路如圖1所示,其工作過程如下:當開關管Q導通時,電流IL流過電感線圈L,在電感線圈未飽和前,電流線性增加,電能以磁能的形式儲存在電感線圈中,此時,電容C放電為負載提供能量;當Q截止時,L兩端產生自感電動勢VL,以保持電流方向不變。這樣,VL與電源VIN串聯(lián)向電容和負載供電。


圖1 升壓型PFC主電路

這種電路的優(yōu)點是:
(1)輸入電流完全連續(xù),并且在整個輸人電壓的正弦周期內都可以調制,因此可獲得很高的功率因數(shù);
(2)電感電流即為輸入電流,容易調節(jié);
(3)開關管柵極驅動信號地與輸出共地,驅動簡單;
(4)輸入電流連續(xù),開關管的電流峰值較小,對輸入電壓變化適應性強,適用于電網電壓變化特別大的場合。

主要缺點是輸出電壓比較高,且不能利用開關管實現(xiàn)輸出短路保護。

2.降壓型PFC電路

降壓型PFC電路如圖2所示,其工作過程如下:當開關管Q導通時,電流IL流過電感線圈,在電感線圈未飽和前,電流IL線性增加;當開關管Q關斷時,L兩端產生自感電動勢,向電容和負載供電。由于變換器輸出電壓小于電源電壓,故稱為降壓變換器。


圖2 降壓型PFC主電路

這種電路的主要優(yōu)點是:開關管所受的最大電壓為輸人電壓的最大值,因此開關管的電壓應力較小;當后級短路時,可以利用開關管實現(xiàn)輸出短路保護。

該電路的主要缺點是:由于只有在輸人電壓高于輸出電壓時,該電路才能工作,所以在每個正弦周期中,該電路有一段因輸人電壓低而不能正常工作,輸出電壓較低,在相同功率等級時,后級DC/DC變換器電流應力較大;開關管門極驅動信號地與輸出地不同,驅動較復雜,加之輸人電流斷續(xù),功率因數(shù)不可能提高很多,因此很少被采用。
 

3.升降壓型PFC電路

升降壓型PFC電路如圖3所示,其工作過程如下:當開關管Q導通時,電流IIN流過電感線圈,L儲能,此時電容C放電為負載提供能量;當Q斷開時,IL有減小趨勢,L中產生的自感電動勢使二極管D正偏導通,L釋放其儲存的能量,向電容C和負載供電。


圖3升壓型PFC主電路

該電路的優(yōu)點是既可對輸人電壓升壓又可以降壓,因此在整個輸入正弦周期都可以連續(xù)工作;該電路輸出電壓選擇范圍較大,可根據一級的不同要求設計;利用開關管可實現(xiàn)輸出短路保護。

該電路的主要缺點有:開關管所受的電壓為輸入電壓與輸出電壓之和,因此開關管的電壓應力較大;由于在每個開關周期中,只有在開關管導通時才有輸入電流,因此峰值電流較大;開關管門極驅動信號地與輸出地不同,驅動比較復雜;輸出電壓極性與輸入電壓極性相反,后級逆變電路較難設計,因此也采用得較少。

提示:常用連續(xù)電流模式類功率因數(shù)校正芯片有TDA16888(PFC+PWM)、1PCS01(PFC)、L4981、FA4800(PFC+PWM)、UC3854、UCC3817、UCC3818等。

4.正激型PFC電路

正激型PFC電路如圖4所示,當開關管Q導通時,二級管D1正偏導通,電網向負載提供能量,輸出電感L儲能。當Q關斷時,L中儲存的能量通過續(xù)流二極管D2向負載釋放。

這種電路的優(yōu)點是功率級電路簡單,缺點是要增加一個磁復位回路來釋放正激期間電感中的儲能。


圖4 正激型PFC主電路

5.反激型PFC電路

反激型PFC電路如圖5所示,當開關管Q導通時,輸入電壓加到高頻變壓器B1的原邊繞組上,由于B1副邊整流二極管D1反接,副邊繞組中沒有電流流過,此時,電容C放電向負載提供能量。當開關管Q關斷時,繞組上的電壓極性反向,二極管D1正偏導通,儲存在變壓器中的能量通過二極管D1向負載釋放。

這種電路的優(yōu)點是功率級電路簡單,且具有過載保護功能。


圖5 反激型PFC主電路
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