周旺

摘 要 本文利用兩級(jí)PFC電路進(jìn)行功率因數(shù)校正，其中前級(jí)PFC電路部分采用UC3854A/B芯片進(jìn)行控制，后級(jí)零電壓開關(guān)移相全橋控制電路采用UC3825芯片進(jìn)行控制。同時(shí)對(duì)主電路電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的直流開關(guān)電源具有輸出電壓穩(wěn)定精度高、輸出電流大、功率因數(shù)高等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】功率因數(shù) 校正 全橋變換器

隨著開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)其需求量日益增長，并且對(duì)電源許多方面提出了更高的要求。開關(guān)電源因具有效率高、重量輕、體積小等顯著特點(diǎn)，其應(yīng)用十分廣泛，尤其在高功率方向上已成為當(dāng)下諸多研究領(lǐng)域的研究熱門。

1 功率因數(shù)PF和電流總畸變率THD

功率因數(shù)的定義，如下式：

由此可以得出：要想提高電源的功率因數(shù)，需要最大限度地抑制輸入電流的波形畸變，與此同時(shí)還必須盡可能地使電流基波與電壓基波之間的相位差趨于零。PF與輸入電流總畸變率THD有關(guān)，它表征了設(shè)備輸入電流諧波成分的大小，THD越大容易對(duì)電網(wǎng)造成污染。

2 改善功率因數(shù)的主要方法

2.1 多脈沖整流法

利用變壓器對(duì)各次諧波電流進(jìn)行移相，使奇次諧波在變壓器次級(jí)相互疊加而抵消。

2.2 無源濾波器

在電路的整流器與電容間串聯(lián)一個(gè)濾波電感，或在交流側(cè)接入諧振濾波器，通過增大電流的導(dǎo)通角來提高功率因數(shù)。

2.3 有源濾波器

在整流器和負(fù)載之間接入一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用電流反饋技術(shù)，使輸入端電流的波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，可以使接近正弦波且與交流輸入電壓同相位，從而使輸入端的總諧波畸變THD小于5%。

2.3.1 單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)

單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)的基本思想是把PFC級(jí)和DC/DC級(jí)組合在一起實(shí)現(xiàn)輸入電流的整形和輸出電壓的快速調(diào)節(jié)。

2.3.2 兩級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)

兩級(jí)式功率因數(shù)校正是由PFC變換器和DC/DC變換器級(jí)聯(lián)而成，PFC級(jí)通常采用升壓型變換器實(shí)現(xiàn)輸入電流的整形，其輸出電壓為儲(chǔ)能電容Cb的電壓Vb（中間母線電壓），一般穩(wěn)定在400V左右，Vb通過后級(jí)DC/DC變換實(shí)現(xiàn)降壓，得到所需要的直流輸出電壓。DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓的快速穩(wěn)定調(diào)節(jié)。PFC控制器能檢測(cè)線電壓波形，使線電流跟蹤線電壓以獲得單位功率因數(shù)。兩級(jí)PFC使輸入電流總諧波畸變THD一般小于5%，功率因數(shù)可達(dá)到0.99或更高。

由于這一校正技術(shù)的每級(jí)電路可單獨(dú)分析、設(shè)計(jì)和控制，所以具有良好的性能，因此這種電路特別適合做分布式電源系統(tǒng)的前置級(jí)。

3 各部分電路設(shè)計(jì)

3.1 輸入整流與濾波電路

輸入整流電路選擇Fairchild Semiconductor公司的整流橋GBPC35-06（600V，35A）。輸入濾波電路選擇EMI濾波器電路。

3.2 前級(jí)PFC電路

前級(jí)PFC采用Boost型。主電路由串聯(lián)在回路中的儲(chǔ)能電感L1，開關(guān)管VT1及整流二極管VD1、濾波電容C1。

3.3 DC/DC變換器的設(shè)計(jì)

DC/DC變換器采用全橋變換電路，它由兩組雙管正激式變換器電路組合而成的。

3.4 前級(jí)PFC控制電路設(shè)計(jì)

前級(jí)PFC控制電路選用芯片UC3854A/B，其外圍電路主要包括振蕩頻率的選取、峰值電流限制電路設(shè)計(jì)、電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)等。

3.5 DC/DC變換器控制電路設(shè)計(jì)

DC/DC變換器控制電路的脈寬調(diào)制控制芯片采用UC3875。通過對(duì)兩個(gè)半橋開關(guān)電路的相位進(jìn)行移相控制，實(shí)現(xiàn)半橋功率級(jí)的恒頻PWM控制，借助開關(guān)器件的輸出電容充放電，在輸出電容放電結(jié)束的狀態(tài)下完成零電壓開通。其四個(gè)輸出端分別驅(qū)動(dòng)的A/B、C/D兩個(gè)橋臂，都能單獨(dú)進(jìn)行導(dǎo)通延時(shí)（即死區(qū)時(shí)間）的調(diào)節(jié)控制，在該死區(qū)時(shí)間里確保下一個(gè)導(dǎo)通管的輸出電容放電完畢，為即將導(dǎo)通的開關(guān)管提供零電壓開通條件。

4 仿真結(jié)果

4.1 PFC電路的仿真

按照如圖1所示仿真電路采用Matlab軟件進(jìn)行仿真。

4.2 DC-DC變換器仿真

DC-DC變換器仿真電路如圖2所示。仿真參數(shù)設(shè)置為：輸入電壓：385V，輸出電壓：30V，變壓器匝數(shù)比：45：6。

仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的直流開關(guān)電源開關(guān)管兩端的電壓具有輸出電壓穩(wěn)定精度高、上下脈動(dòng)的成分大大減小了、功率因數(shù)得到了提高，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]沙占友，王彥明，葛家恰.開關(guān)電源的新技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力電子技術(shù)，2003.

[2]王星云，王平，陳蓮華.軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，材料科學(xué)與工程學(xué)院，2008.

[3]功率因數(shù)校正（PFC）手冊(cè)[Z].安森美半導(dǎo)體，2004.

[4]周智敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.開關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[5]路秋生.功率因數(shù)校正技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[6]趙同賀.開關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[7]趙同賀.新型開關(guān)電源典型電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

作者單位

湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)1401班 湖南省湘潭市 411000