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开关电源的有源功率因数校正电路设计

发布时间:2020-02-03 05:55:23 阅读: 来源:好神拖厂家

摘要:有源功率因数校正可减少用电设备对电网的谐波污染,提高电器设备输入端的功率因数。详细分析了有源功率因数校正APFC(active power factor corrector)原理,采用平均电流控制模式控制原理,设计了基于UC3854BN芯片的一种有源功率因数校正电路方案,着重分析了电路主要参数的选择和设计。实践证明,采用APFC后,大大减小了输入电流的谐波分量,实现了功率因数校正。关键词:开关电源;功率因数;有源功率因数校正;UC3854BN 开关电源具有效率高、成本低等特点,因而在现代电力电子设备中应用广泛。但由于开关电源中的整流器,电容滤波电路是一种非线性器件和储能元件的组合,因此虽然输入交流电压是正弦波,但输入电流波形却严重畸变,呈脉冲状,含有大量的谐波,使输入电路的功率因数下降。 用电设备的输入功率因数低主要会造成以下危害;谐波电流严重污染电网,干扰其他用电设备;容易造成线路故障如线路、配电器件过热,电网谐振;增加线路、变压器和保护器件的容量;中线流过叠加的三相三次谐波电流,使中线过流而易损坏。因此,必须采取适当的措施来减小输入电流波形的畸变,提高输入功率因数,以减小电网污染。1 功率因数校正原理 功率因数(PF)是指交流输入有功功率(P)与输入视在功率(S)的比值,即: 式中:γ为表示输入电流失真系数;cosφ表示输入基波电压与基波电流之间的相移因数。 由式(1)可知,功率因数PF由电流失真系数γ和基波电压、基波电流相移因数决定。cosφ低,则表示用电设备的无功功率大,设备的利用率低,导线、变压器绕组损耗大,同时,γ值低,则表示输入电流谐波分量大,将造成输入电流波形畸变,对电网造成污染。 功率因数校正PFC技术,从其实现方法上来讲,就是使电网输入电流波形完全跟随电网输入电压波形,使得输入电流波形为正弦波(γ=1)且和输入电压波形同相位(cosφ=1)。2 有源功率因数校正电路实现方案2.1 功率因数校正方法的选择 目前,主要用来提高功率因数的方法有:电感无源滤波,这种方法对抑制高次谐波有效,但体积大,重量大,在产品设计中其应用将越来越少;逆变器有源滤波,对各次谐波响应快,但设备造价昂贵;三相高功率因数整流器,效率高、性能好,近年来其控制策略和拓朴结构处于不断发展中。单相有源功率因数校正(APFC)通常采用Boost电路,CCM工作模式,因其良好的校正效果,目前在产品设计中得到越来越广泛的应用。2.2 平均电流控制的Boost功率因数校正电路 考虑到功率变换在75~2 000 W功率范围的应用场合,选择工作于连续调制模式下的平均电流型升压式APFC电路来实现较为适合。图1为平均电流控制的Boost功率因数校正电路原理图。

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电路工作时检测到电感电流iL,则得到信号iLR1,将该信号送入电流误差放大器CA中,电流基准值由乘法器输出z,乘法器有2个输入,一个为x,是输出电压Vo/H与基准电压Vref之间的误差信号;另一个输入γ,为电压DC的检测值VDC/K,VDC为输入正弦电压的全波整流值。 平均电流法的电流环调节输入电流平均值,使其与输入整流电压同相位,接近正弦波形。输入电流信号被直接检测,与基准电流比较后,其高频分量的变化通过电流误差放大器,被平均化处理。放大后的平均电流误差与锯齿波斜坡比较后,给开关Tr驱动信号,并决定其占空比,从而迅速而精确地校正电流误差。由于电流环具有较高的增益一带宽,使跟踪误差产生的畸变小于1%,容易实现接近于1的功率因数。3 有源功率因数校正电路设计3.1 设计要求 1)输入电压:AC 90~270 V;2)变换器效率:η≥0.90;3)输出电压:Vo=410V(DC);4)输出功率:2 kW;5)功率因数:PF≥0.99。

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