《電子技術應用》
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一種有源功率因數校正器的設計與實現
摘要: 為了減小AC—DC交流電路輸入端諧波電流形成的噪聲及對電網產生的諧波“污染”,保證電網供電質量,提高電網可靠性;為了提高輸入端功率因數,以達到節能的效果,必須限制AC—DC交流電路的輸入端諧波電流份量。因此體現了功率因數校正(PFC)電路的重要性。
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  1 引言

  在電力電子技術及電子儀器中,所需直流電是南220 V交流電網經整流得到的。交流電源經全波整流后,通常接一個大電容器,以得到波形較為平直的直流電壓,但整流器一電容器濾波是一種非線性元件(二極管)和儲能元件(電容)的組合。由于整流電路中二極管的非線性,雖然輸入交流電壓ui是正弦的,但輸入交流電流ii波形卻產生畸變,呈脈沖狀。大量應用整流電路,要求電網供給嚴重畸變的非正弦電流,由此產生的諧波電流對電網產生危害,導致輸入端功率因數下降。為了減小AC—DC交流電路輸入端諧波電流形成的噪聲及對電網產生的諧波“污染”,保證電網供電質量,提高電網可靠性;為了提高輸入端功率因數,以達到節能的效果,必須限制AC—DC交流電路的輸入端諧波電流份量。因此體現了功率因數校正(PFC)電路的重要性。

  2 有源功率因數校正器原理及工作特性

  圖1給出有源功率因數校正電路原理。主電路由單相橋式整流器和DC—DC變換器組成,包括電壓誤差放大器VA,基準電壓Vr,電流誤差放大器CA,乘法器M及驅動器等,負載可以是開關電源。

一種有源功率因數校正器的設計與實現

  主電路的輸出電壓Vo與基準電壓比較后,輸入給VA,整流電壓Vdc的檢測值和VA的輸出電壓Vo信號共同加到乘法器M的輸入端。

  M的輸出作為電流反饋控制的基準信號,與開關電流iS檢測值比較后,經過CA加到邏輯及驅動器上,用以控制開關VTr的通斷,使輸入電流ii與Vdc的波形基本一致,從而大大減少了電流諧波,提高了輸入功率因數,保持Vo的恒定。

  3 有源功率因數校正器應用

  為便于實現有源功率因數校正器,將其控制電路集成化,即在輸入電路和DC/DC變換器之間插入一個變換器,通過特定控制電路使電流跟隨電壓,并反饋Vo使之穩定,從而使DC/DC變換器實現預穩。

  TDAl6888是一種高性能功率因數校正器集成控制器,已廣泛應用于許多功率因數校正器中。圖2示出具有連續電感電流流過負載的功率因數校正原理圖。由橋式整流器VDl~VD4、鋁電解電容C3A、C3B、C3C、TDAl6888內的PFC控制器、升壓電感L2、升壓二極管VD5、功率開關VQl(MOSFET)和電流傳感電阻R6等組成。

一種有源功率因數校正器的設計與實現

  當輸入交流電壓之后,通過高阻R2A、R2B的電流對TDAl6888管腳9上的電解電容C11A充電,只要CllA被充電到管腳9(VCC=11 V)的門限電壓的以上,TDAl6888中的PFC控制器被觸發啟動。C1 lA容量應足夠大(至少不低于22μF),管腳9的電壓VCC在下跌到ll V的關斷門限電壓之前,TDAl6888被激活,為VQl柵極發送驅動脈沖。TDAl6888電源電壓由L2的輔助繞組AUXl、C18和VDll、R28、V02及CIlA組成。在VQl漏極通過VD6和C4和VQl柵極驅動電路相連,當直流母線電壓出現一個過沖電壓時,通過VD6在100 us之內被檢測,并使因過沖電壓而停止工作的升壓開關VOI開始運行。在TDAl6888待機工作時,直流母線電壓仍保持在正常的電平上。如果DC直流母線電壓低于正常值,則TDAl6888依靠VD6和R2啟動。當TDAl6888的第一個過門限電壓產生時,即直流母線電壓比設定值380V高出10%時,為第一個過門限電壓,通過TDAl6888內的OTA2和乘法器關斷VQl,以阻止DC母總線電壓的升高。當TDAl6888的第二個過門限電壓產生時,直流母線電壓比設定值380V高出20%時,為第二個過門限電壓,則TDAl6888迅速關閉PFC輸出,并與輸入端的壓敏電阻R30相結合,執行過電壓保護功能。

一種有源功率因數校正器的設計與實現

  系統工作頻率由連接到TDAl6888的16引腳(ROSC)上的電阻R24決定。當R24=1lOkΩ時,fPFC=50kHz;當R24=5l kΩ時,fPFC=100 kHz。本試驗選取R24=110 kΩ。

  4 結語

  由TDAl6888內的PFC控制器組成的有源PFC升壓變換器,具有下述功能:一是在交流輸入端產生與交流輸入電壓同相位的正弦電流波形(如圖3),具有低諧波畸變和幾乎接近于l的高功率因數;二是輸出不隨交流輸入電壓波動變化的高穩定的直流電壓。

  對開關電源來講,功率因數校正技術是一門新興技術,它對提高開關電源效率發揮了重要的作用。從控制技術上來講,軟開關技術、PFC技術是提高電源品質的關鍵,有關研究正處于迅涑發展中。

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