几种功率因数校正的新方法

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1、几种功率因数校正的新方法 1、 前言    传统的全波整流和大容量的电容滤波电路从AC电网获得DC电压的方法，优点是电路简单，成本较低，但这种AD/DC转换方式会在桥式整流器输入端产生非正弦波AC电流，其高次谐波远远超出关于《低压电器及电器设备发生的谐波电流限制》国际和国家标准的要求，系统功率因数只保持在0.55~0.65。    之所以会产生高幅值的尖峰脉冲电流，归根结底是由整流二极管的单向导电性所致。由于二极管只有在正向偏置时才会导通，亦即只有在AC瞬时电压幅值高于滤波电容器两端DC电压时，整流二极管才会有电流通过。很显然，二

2、极管只有在AC电压峰值附近才会导通，其导通角小于90º（一般仅约70º）。    抑制AC输入电流发生波形畸变的主要方法上采用PFC控制IC的升压拓扑（被称之为有源PFC预调节器或预变换器），能使整流二极管的导通角趋于180º，产生与AC电压同相位AC输入正弦波电流，致使系统功率因数十分接近于1。    事实上，采用有源PFC升压变换器电路并非是PFC的唯一方法。本文简要介绍不同于传统有源PFC的几种解决方案。2、几种PFC的新方法   2.1 充电泵无源PFC    目前在荧光灯交流电子镇流器中，采用了几种无源PFC电路，其作用

3、是增加整流二极管的导通角，使AC输入电流平滑和连续。在低功率开关电源（SMPS）中也可以采用PFC技术，如图1所示的电路就带PFC功能。TDA/6846是亿恒公司生产的支持低功率待机（standby）的PWM控制IC，在桥式整流器（D1~D4）和平滑电容器（C7）之间，L8、D8和C8等组成电流供给泵电路（起PFC作用），简化图如图2所示。    在加入充电泵后，同时兼有缓冲器功能，故在变压器初级绕组Np两端，无需使用RCD缓冲电路。关于PFC原理大致如下所述：IC1脚13输出PWM脉冲驱动T1（MOSFET）导通时，其漏报电压V

4、D跃变到零伏。由于初级电感LP的存在，初级电流IP线性增长。T1漏极电压VD的跳变，通过电容C8传输到L8和D8的连接点上，使该点电压VP由正变负，从而导致流过L8的电流IL8并不阻断，而是逐渐增加，并向C8充电。在此过程中，D8是截止的。    当IC1驱使T1由导通跃变到截止时，ID=0，VD（及VP）会急剧爬升，二极管D8导通，对电容C7充电，使L8中的储能转移到C7中，IL8缓慢减小至零。IL8从零逐渐增加。由此可见，桥式整流器二极管的导通角趋于180，从而呈现图3所示的AC电流（IAC）波形，系统功率因数达0.9以上，电

5、流谐波含量明显减小。除少数奇次谐波之外，1~39次谐波分量大多符合EN61000-3-2和国标GB17625.1-1998的限制要求。这种充电泵PFC电路简单，成本较低，但效果不及带PFC控制IC的有源PFC。    2.2带非正弦波电流的数字PFC    PFC控制IC的有源PFC预变换器，在桥式整流器输入端产生与AC电压同相位的正弦波AC电流。事实上，一个AC输入同相位的非正弦波电流，通过合理控制电流波形上升沿和下降沿时刻及幅度，同样能使高次谐波含量符合标准限制要求，系统功率因数非常接近于1。例如，对于50HZ的AC输入电压，

6、在半周期（10MS）内产生如图4（a）所示的呈凸字形的非正弦波电流，利用付立叶变换得到的各个奇次谐波量值与标准比较如图4（b）所示。这种最大值为5A的电流波形，相应于1000W的输入功率其基波电流为4.3A，三次谐波电流为1A，标准限制值是2.3A。其它各个奇次谐波电流含量，都低于标准规定要求。    采用升压变换器拓扑结构，利用微控制器可以获得符合标准要求的非正谐波电流，同时能得到稳定的DC输出电压，并提供各种安全保护功能。采用升压式PFC拓扑结构，在同样的输出功率下，有较小的输出电流，从而可使用较小的输出电容和电感元件。   

7、 图5示出的是一种基于标准ST90E30微控制器和UC3843电流型PWM控制器的数字PFC 升压式预调节器电路原理图。PFC升压变换器的输入电压（即全桥整流100HZ正弦半波脉动电压）经R1和R2组成的电阻分压器取样被ST90E30检测。变换器DC输出电压通过R3和R4组成的电阻分压器采样，也被微控制器A/D转换器的一个信道检测。DC输出电压的设定值，被存储在微控制器的存储器中。变换器的DC输出电压调节环路的作用是保持DC输出电压不随负载变化而波动。    数字PFC升压变换器的电流调节环路以UC3843的比较器、触发器及其脚6

8、输出驱动的功率开关MOSFET（Q）为基础，用作控制电流波形。电压调整环路给出一个经RC滤波的PWM电压参考VREF，并与Q源极电阻Rsense上的电流感测电压进行比较，以确定在功率MOSFET中的峰值电流限制值IL。微控制器提供时钟信号，用作使功