2.3有源功率因数校正原理框图
有源功率因数校正采用全控开关器件构成的开关电路。可以使总谐波含量降低到5%以下,功率因数高达0.99以上,并且能使输入电压范围扩增。但是相比于无源功率因数校正来说,其电路和控制较复杂,成本较高,且开关器件的高速动作会造成开关损耗较大,效率降低。它适用于大功率的应用场合。
2.2.2 拓扑结构
APFC的基本电路由两大部分组成:主功率电路和控制电路。对于主功率电路来说,任何一种DC-DC拓扑,如buck、boost、buck-boost、flyback甚至于sepic、cuk都可以用作APFC的主电路。图2.4,图2.5和图2.6给出了三种常用的主电路拓扑:
图2.4 单相boost变换器
图2.5 单相buck-boost变换器
图2.6 单相cuk变换器
Boost变换器构成的PFC电路具有以下特点:
1、输入端有一个大电感,输入电流可以连续,可以减少对输入滤波器
的要求,并可防止电网对主电路高频瞬态冲击;
2、电感电流即为输入电流,容易调节;
3、输出电压大于输入电压,对市电电压为110V的国家和地区特别适合;
4、开关器件所承受的电压即为输出电压;
5、开关管门极驱动信号与输出共地,驱动简单。
Buck-Boost变换器构成的PFC电路有以下特点:
1、电感L在中间,所以输入和输出电流的脉动都很大,故通常还需在输入与输出侧加滤波器,使电路变得复杂;
2、开关器件所承受的电压为输入电压与输出电压之和,因此其承受的电压要高于Boost变换器;
3、输出电压与输入电压的极性相反;
4、输出电压既可低于也可高于输入电压,使得输出电压应用范围更广。
Cuk变换器构成的PFC电路具有以下特点:
1、输入与输出侧都有电感,所以其输入与输出电流脉动都很小,但电路较Boost变换器要复杂;
2、输出电压既可低于也可高于输入电压,使得输出电压应用范围更广;
3、开关器件所承受的电压为输入电压与输出电压之和,因此其承受的电压要高于Boost变换器;
4、输出电压与输入电压的极性相反。
而对于Flyback型PFC,虽然易于实现输入、输出间的隔离,但由于隔离变压器磁芯单向磁化,使得其磁通复位控制困难,变压器利用率低,适用于150W以下的应用场合。
经过比较可知:Boost型PFC变换器有许多优点,它输入电流连续,储能电感也兼做滤波器抑制RFI和EMI噪声,功率因数高,总谐波失真小,输出电压高,在整个交流输入电压变化范围内能保持很高的功率因数。电感L能阻止快速的电压、电流瞬变,提高了电路工作可靠性。正是由于上述的优点,本文采用的正是Boost结构。
2.2.3 工作模式和主要控制方法
根据电路输入电流,APFC电路的工作模式可分成三种:连续模式(ccm)、
临界连续(crm) 和断续模式(dcm)[ ]。
(一)断续模式
断续模式(dcm)控制的方法又称为电压跟踪法,是APFC控制中一简单又实用的方法。它的一个基本特点是电感能量的完全传输,即在每一个开关周期中,转换电感都必须把从电源中获得的能量完全转移到输出电容中去。DCM模式下的输入电流自动跟随电压,但是由于变换器工作在不连续导电模式下,需要较大的输入滤波器。开关不仅要导通较大的通态电流,而且将关断更大的峰值电流并引起很大的关断损耗,使开关的寿命降低,同时还会产生严重电磁干扰,所以这种模式的PFC一般功率小于200W。
断续工作模式下的功率因数校正可以采用恒频、变频、等面积等多种控制 数字PFC电路设计研究仿真(3):http://www.youerw.com/kuaiji/lunwen_4182.html