环保节能型大功率通信电源的开发研究

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1、环保节能型大功率通信电源的开发研究摘要：介绍常用的APFC芯片UC3855的工作原理、功能特点，做了实验波形分析及对比性研究。　　关键词：有源功率因数校正零电压转换　　　　1引言　　从交流电X经整流输出直流，是通信电源中应用极为广泛的一种基本变流方案，这种方案造成大量电流谐波分量倒入电X（称为HarmonicEmission），造成对电X的谐波“污染”。一方面使电X电压（原来是正弦波）发生畸变；另一方面，会造成电路故障，使变电设备损坏。　　有源功率因数校正器，是在整流器和负载之间介入一个DC/DC变化器，应用

2、电流反馈技术，使输入端电流波形跟随交流输入正弦电压波形，功率因数可提高到0.99或更高。由于这个方案中，应用了有源器件，故称之为有源功率因数校正器，简称APFC。　　2平均电流法控制法的的设计方案和工作原理　　图1给出一个用平均电流控制的Boost功率因数校正器电路原理图。由图1可见，这种功率因数控制模式增加了一个电流误差放大器CA，并组成电流内环，所以为双环控制。另外在电感上检测出电流，而不是检测功率开路电流。　　（1）功率因数校正过程由单相整流电路输出的正弦半波电压Ui，经检测电路产生与Ui完全相同的正弦

3、波电流，接至乘法器M一个输入端，由输出电压误差放大器VA的信号，接至乘法器另一个输入端。经乘法器作用的输出信号，既反应输入正弦的变化，又反应输出电流的变化，即输出电流正比于正弦变化电流与误差放大器输出电流的乘积。用这种信号驱动功率开关，可以使输出电流跟踪正弦波电压。　　图1平均电流法控制的Boost功率因数校正器电路原理图　　（2）平均电流控制模式电流波形采用平均电流控制模式电流波形如图2所示。在图2（a）中Us为周期固定的谐波电压，而Vc为控制电压，两信号在固定电源频率下相比较，从而产生P调制脉冲。　　在图

4、2（b）中，iLmax和iLmin分别为电感L的最大电流或最小电流。Iin为电感电流平均值，其频率为两倍交流电源频率，是一个低频正弦，且与交流电压同相位。　　由于P信号占空比受控于电流误差放大器的输出信号，所以通过电流误差放大器调节占空比，既可使电感电流变化值趋近于平均电流值，又可以使升压器输出电压稳定。　　图2平均电流控制模式电流波形　　3功率因数集成控制器UC3855　　为便于研制和生产有源功率因数校正器，现在PFC的控制电路已经集成化。有多种PFC集成电路芯片可供设计、研究人员选用。这里以美国Unitr

5、ode集成电路公司生产的UC3855芯片为例，说明PFC集成控制电路基本组成和应用。　　3.1UC3855工作原理　　UC3855是一种能实现零电压转换的高功率因数校正器集成控制芯片，采用零电压转换电路、平均电流模式产生稳定的、低畸变的交流输入电流，无需斜坡补偿，最高工作频率可达500kHz，其内部有ZVS检测、一个主输出驱动和一个ZVT输出驱动。由于采用软开关技术，可以极大地减小二极管反向恢复时和MOSFET开通时的损耗，从而具有低电磁辐射和高效率的特点。　　它与UC3854的主要区别在于以下两点:　　（1

6、）当ZVT脉冲发出时，ZVT脉冲封锁GTOUT。当ZVS引脚检测到主开关管的漏源电压　　小于2.5V时，ZVT脉冲关闭，同时P脉冲GTOUT输出。　　（2）电感电流重构。　　3.2ZVT－PFC电路原理　　图3为ZVTPFC主电路基本原理图。图4是ZVTPFC电路一个开关周期的工作波形图。　　4实验结果　　应用UC3855功率因数校正集成芯片，开发了一台3k300仪器测试装置的性能指标为:输入电压为220V，输出电压为385V，电流8.6A，功率因数为0.999，THD≤5%，效率为97.3%。　　①主开关管

7、漏源之间的电压波形　　②辅助开关管的驱动波形　　图5实验波形　　①电X输入电流波形（10A/格）　　②输入电压波形（100V/格）　　图6输入电压和电流波形（二极管整流以后）　　5结束语　　本文给出了有源功率因数校正的基本原理，及UC3855芯片的具体应用实例，从ZVTPFC的设计总体来讲，要比硬开关PFC的设计要复杂。但由于ZVT能够使主开关管开通时工作在零电压状态，从而减小了PFC整流部分的开关噪音，降低了系统的EMI，具有很强的实用价值。