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摘 要 ： 為了使AC/DC電源在滿(mǎn)足IEC 61000-3-2諧波標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高性能，對(duì)單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)(PFC)的需求越來(lái)越緊迫，特別是小功率場(chǎng)合。本文按照不同劃分原則對(duì)PFC技術(shù)分類(lèi)討論，指出單級(jí)PFC技術(shù)適用于小功率場(chǎng)合，是PFC技術(shù)在小功率應(yīng)用中發(fā)展的必然趨勢(shì)，同時(shí)也是目前PFC技術(shù)研究熱點(diǎn)。選擇臨界導(dǎo)電模式(CRM),利用意法半導(dǎo)體(SGS-THOMSON)公司推出的功率因數(shù)控制芯片L6562設(shè)計(jì)一款性?xún)r(jià)比高的PFC線(xiàn)路, 結(jié)果表明該電源系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.98以上，總諧波含量低于2.5%，符合IEC61000-3-2諧波電流限制標(biāo)準(zhǔn).
關(guān)鍵詞 ：功率因數(shù)校正；單級(jí)PFC；Boost；總諧波含量

1.前言 

近年來(lái)，高頻開(kāi)關(guān)電源在國(guó)民生活中的使用越來(lái)越廣泛，特別是現(xiàn)在提倡“綠色電源”，要求裝置對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染，主要包括諧波含量、功率因數(shù)、波形畸變等。解決這個(gè)問(wèn)題的積極辦法是采用功率因數(shù)校正(Power Factor Correction, PFC)技術(shù)。為了使電源在滿(mǎn)足諧波標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高性能，對(duì)單級(jí)PFC的需求越來(lái)越緊迫，特別是在小功率場(chǎng)合。

2.功率校正技術(shù)

在含

有AC/DC變換器的電力電子裝置中，DC/DC變換器或DC/AC變換器的供電電源一般是由交流市電經(jīng)整流和大電容濾波后得到較為平直的直流電壓，整流器一電容濾波電路是一種非線(xiàn)性組件和儲(chǔ)能組件的結(jié)合，因此，雖然輸入交流電壓是正弦的，而輸入交流電流是一個(gè)時(shí)間很短、峰值很高的周期性尖峰電流，波形嚴(yán)重畸變.如果去掉輸入濾波電容，則輸入電流變?yōu)榻频恼也?，提高了輸入?cè)的功率因數(shù)并減少了輸入電流的諧波，但是整流電路的輸出不再是一個(gè)平滑的直流輸出電壓，而變?yōu)槊}動(dòng)波。如果欲使輸入電流為正弦波，且輸出仍為平滑的直流輸出，必須在整流電路和濾波電容之間插入一個(gè)電路，這個(gè)電路就是PFC電路，如圖1所示。

人們最早采用電感和電容器構(gòu)成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功率因數(shù)校正。進(jìn)入70年代以后，隨著功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，開(kāi)關(guān)變換技術(shù)突飛猛進(jìn)。到80年代，現(xiàn)代有源PFC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，

80年代的有源功率校正技術(shù)可以說(shuō)是基于Boost變換器的功率因數(shù)校正的年代，在此期間的研究工作主要集中在連續(xù)導(dǎo)電模式下的Boost變換器的研究上。80年代末提出了利用工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式下的變換器進(jìn)行功率因數(shù)校正技術(shù)，90年代以來(lái)，有源PFC取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。近年來(lái)，主要是連續(xù)導(dǎo)電模式下功率因數(shù)校正的控制方法，同時(shí)，也提出了一些新穎的功率因數(shù)校正原理及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如臨界導(dǎo)電模式。

現(xiàn)對(duì)無(wú)源PFC、有源兩級(jí)PFC和有源單級(jí)PFC在各個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

經(jīng)過(guò)對(duì)三種PFC技術(shù)在THD,PF效率、體積、重量、控制電路、器件數(shù)量、功率范圍和設(shè)計(jì)難度上的比較得出：無(wú)源PFC適用于要求成本低,對(duì)體積沒(méi)有太大限制的小功率應(yīng)用場(chǎng)合；有源兩級(jí)PFC適用于要求成本高,價(jià)格不敏感,中大功率應(yīng)用；有源單級(jí)PFC相當(dāng)于兩者之間的折中方案,要求體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能較好的應(yīng)用場(chǎng)合。

3.線(xiàn)路設(shè)計(jì)

     用戶(hù)電氣設(shè)計(jì)參數(shù)要求為：電源電壓范圍（85V～264V），穩(wěn)壓直流輸出電壓（400V±8%），開(kāi)關(guān)頻率（ 25KHz～476KHz），額定輸出功率120W，預(yù)期效率 90%。經(jīng)過(guò)以上的討論，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的功率因數(shù)校正最合理的辦法是選用工作于臨界導(dǎo)電模式下的單級(jí)Boost型PFC線(xiàn)路，其原理框圖如圖2所示。我們經(jīng)分析選擇的IC為意法半導(dǎo)體(SGS-THOMSON)公司推出的功率因數(shù)控制器L6562來(lái)設(shè)計(jì)。

表1 幾種PFC技術(shù)的性能比較

線(xiàn)路圖設(shè)計(jì)主要參考了ST公司的L6562的應(yīng)用手冊(cè)，從而設(shè)計(jì)出適合我們電路要求的電路原理圖見(jiàn)圖3 。并將我們的設(shè)計(jì)應(yīng)用于PSF120-240電源中，進(jìn)行測(cè)試評(píng)估。L6562的應(yīng)用手冊(cè)中某些元件參數(shù)已經(jīng)設(shè)定，就不需要我們?cè)僮鲋貜?fù)的計(jì)算，只需要設(shè)計(jì)出幾個(gè)關(guān)鍵元件的參數(shù)，包括電感（T₁）參數(shù)設(shè)計(jì)，SENSE電阻（R₁₀）計(jì)算，MOSFET（Q₂）的選擇等。

4.驗(yàn)證評(píng)估與結(jié)論

輸出性能測(cè)試，見(jiàn)表2測(cè)試條件：配合測(cè)試負(fù)載為120W反激式開(kāi)關(guān)電源（FULL LOAD）。  

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該電源系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.98以上；經(jīng)諧波測(cè)試，開(kāi)關(guān)電源總諧波含量低于2.5%，符合IEC61000-3-2諧波電流限制標(biāo)準(zhǔn).

圖2  臨界導(dǎo)電模式下的單級(jí)Boost型PFC線(xiàn)路

 

表2            輸出特性測(cè)試

輸入電壓	額定輸出電壓	實(shí)際輸出電壓	調(diào)整率	輸入功率	效率	功率 因數(shù)	判定
85 V	400 V	404.1 V	1.025%	130.9W	91.7%	0.999	PASS
120 V	400 V	403.7 V	0.925%	130.0W	92.3%	0.998	PASS
150 V	400 V	402.0 V	0.500%	129.3W	92.8%	0.994	PASS
180 V	400 V	401.3 V	0.325%	128.9W	93.1%	0.993	PASS
220 V	400 V	400.9 V	0.225%	126.5W	94.9%	0.992	PASS
264 V	400 V	399.2 V	0.020%	124.5W	96.4%	0.985	PASS

                    圖3 PFC整體線(xiàn)路圖

5.結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今功率因數(shù)校正線(xiàn)路的高性能化、拓?fù)潆娐返膭?chuàng)新、集成電路技術(shù)的廣泛應(yīng)用及其實(shí)現(xiàn)手段的先進(jìn)性、設(shè)計(jì)和分析工具的進(jìn)一步完善，將為電源產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效率、高功率因數(shù)、高可靠性，低諧波污染、小型輕量愿望成為現(xiàn)實(shí)。單級(jí)PFC電子技術(shù)符合PFC技術(shù)的發(fā)展方向，適用于小功率場(chǎng)合，是性能和成本的折衷，將成為未來(lái)PFC技術(shù)的主要研究領(lǐng)域.

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