文档介绍：有源功率因数校正技术在开关电源中的应用研究
摘要:提高开关电源的功率因数已经成为国内电源厂商的当务之急。文中设计了一种采用功率因数校正专用芯片MC33262的宽电压输入范围、固定升压输出的150W的AC/DC变换器,详尽地分析和讨论了有源功率因数校正(APFC)控制技术原理、APFC硬件电路结构。实验结果表明文中所设计的带APFC的AC/DC变换器在宽广的输入电压范围(95~250V)下能够正常工作,各项性能指标均符合要求。
关键词:有源功率因数;变换器;总谐波畸变
近年来,开关电源因效率高,成本低,而在各个领域获得了广泛的应用。但是采用传统的非控整流开关电源,由于输入阻抗呈容性,网侧输入电压和输入电流间存在较大相位差,加上输入电流严重非正弦,并呈脉冲状,故功率因数极低,谐波分量很高,给电力系统带来了严重的谐波污染。为此,国际电工委员会早在90年代初就制定了IEC1000-3-2标准,严格限定设备的功率因数必须接近于1,提高开关电源的功率因数已经成为国内电源厂商的当务之急。
由于输入端有整流元件和滤波电容,单相AC/DC开关电源及大部分整流电源供电的电子设备,。~,既治理了电网的谐波污染,又提高了开关电源的整体效率。
有源功率因数校正主要是在整流滤波和DC/DC功率级之间串入一个有源PFC作为前置级,用于提高功率因数和实现DC/DC级输入的预稳,用作PFC电路的功率级基本上是升压型Boost变换器,它具有效率高、电路简单、适用电源功率高等优点。
开关电源同时是一个重要的电磁干扰源,所以减少和抑制开关电源的电磁发射成为3C认证中的关键,也是开关电源设计中的重要课题。开关电源中的功率开关管在高频下的通、断过程产生大幅度的电压和电流跳变,从而产生强大的电磁骚扰。滤波是压缩干扰频谱的基本手段,抗EMI滤波器是EMC技术的基础元器件之一。在开关电源的滤波器设计中,磁性元件中电感的材料选取及电感取值的设定,对于开关电源的电磁兼容设计至关重要。
APFC控制技术原理
APFC技术主要采用一个变换器串入整流滤波与DC/DC变换器之间,通过特殊的控制,一方面强迫输入电流跟随输入电压,从而实现单位功率因数;另一方面反馈输出电压使之稳定,从而使DC/DC变换器的输入实现预稳。
功率因数补偿控制专用芯片MC33262的电流控制方式是峰值电流控制方式。它的基本思想是采用一个正弦基准电流作为上限,由输出检测信号经误差放大后与输入全波电压的检测信号相乘获得,下限则为零。具体过程是通过检测开关电流与正弦基准电流相比较,当达到该基准电流时关断开关,在电感电流为零时再次开通。这种控制使得电感电流为临界电流工作状态。
检测开关管流过电流,将所得电压信号送入MC33262内部的零电流比较器。该比较器电流基准值由乘法器输出供给。乘法器有两个输入,一个是变换器输出电压与基准电压之间的误差信号;另一个为全波整流后输出电压采样值。因此电流基准为双半波正弦电压,令电感电流的峰值包络线跟踪该输入电压的波形,使输入电流与输入电压同相位,并接近正弦。
当输出电压上升时,误差放大器输出电压下降,使乘法器输出的基准电流值下降,开关管的导通时间缩短,流过电感的电流下降,从而使输出电压下降。反