无源功率因数校正电路的原理和应用.doc

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1、无源功率因数校正电路的原理和应用　摘要:本文介绍SIEMENS公司提出的开关电源集成控制器TDA16846无源功率因数校正(PFC)电路原理及其在电视机开关电源中的应用。功率因数的改善是基于一个特殊的由电感,电容及二极管组成的充电泵电路,该电路在功率管的高压端兼起吸收缓冲作用,因此它具有输入谐波电流分量小,PF值高以及EMI小、电路简单、成本低和可靠性高等优点。这为电视机厂家提供了一个高效价廉的解决电源谐波问题的新方案。关键词:开关电源功率因数校正一、引言　　众所周知,目前电视机和大部分通用电器

2、都广泛地从交流电网中提取电能经整流后变成直流电供全机使用,AC电源经桥式整流后常接一个滤波平整电容。由于该电容的存在,使整流臂的导通时间小于半个周期,因而做成输入电源电压是正弦形,而输入电流却是正负交替的脉冲形。后者导致大量电流谐波特别是三次谐波的产生,这既构成对电网效能的干扰和损害,又降低了本机功率因数,为此，我国跟欧美各国一样，已于去年12月1日起正式实施限制功耗大于75W的通用电器产品输入谐波电流的新规定。面对这种新情况,当前各电器厂家都必须考虑更新产品中的电源设备,尤其是对25英寸以上的

3、彩色电视机,过去国内产品绝大部分都没有安装PFC电路,其PF值一般在0.55～0.65之间,输入电流谐波分量往往超出国家限定的标准,因此改进电源电路,增加PFC功能以便降低电视机的输入电流谐波分量是各厂家的当务之急。　　本文介绍由SIEMENS公司推出的与开关电源集成控制器TDA16846配合使用的一个无源功率因数校正(PFC)电路,该电路能将电源PF值提高到0.9以上,与有源PFC电路相比,它明显地具有结构简单,成本低,可靠性高,和EMI小等优点,因此对电视机厂家来说,不失为一个有效的解决电源

4、谐波问题的可行方案。二、无源PFC电路工作原理介绍  图1示出一个不含PFC的标准型电源电路的输入电压Vm和输入电流Im波形,Im只在Vm为正最大和负最大的一小段时间内流通,在这些时间以外,Im为零。这是因为此时的正弦电压输入值小于泸波电容上的电压,导致整流二极管不导通的缘故。图1标准型电源中的输入电压和电流　　　　为了在图1中获得一个形似Imp的电流,我们引入充电泵的概念,即它的作用就是能够让输入电流从低压端流向高压端。图2示出一个简单的充电泵电路。图中电容C1受直流电压V1充电,电容C2则受

5、直流电压V2充电。V1小于V2,在V1和V2之间的充电泵电路是由二个二极管D1和D2以及电容C3组成,电容C3相对于C1和C2都较小,从电压源V3进来的脉冲通过电容C3后加到D1和D2的连结点上。如果脉冲V3的幅度大于差值(V2－V1),那么就有图2充电泵电路图3RCD缓冲电路图4PFC充电泵电路　可能让电流I1从较低的V1流向较高的V2。在每一周期内通过电容C3上的电荷Q3为:　　Q3=C3×(V3－(V2－V1))　　=C3×(V3＋V1－V2)假设V3的脉冲频率为f3,则充电泵的电流I1为

6、:　　I1=C3×f3×(V3－V2＋V1)如果电压V1不是DC电压而是一个已整流的脉动电压,并且如果V3=V2,则由上式可知电流I1会是一个正弦波。图3示出基于TDA16846的反激式标准型开关电源电路,它含有一个常规的RCD缓冲电路用以消除开关管T漏极上的电压过冲。其实这个RCD缓冲电路完全可以用在图4中示出的一个由电感L,电容C及二极管D组成的充电泵电路所代替。这个充电泵电路是插入在桥式整流器（BR）,初级电容CP的正极和开关晶体管T漏极之间。现在BR代替了图2中的二极管D1，电感L的放入

7、是为了避免功率管T导通后从Vmr产生大幅度电流脉冲对电容C充电。图2中的脉冲电压源V3现在由开关管漏极电压Vt代替。由于充电泵电路不仅具有PFC功能而且兼有缓冲器功能,因此图3中的RCD缓冲电路不再需要。　　这个充电泵可以阻止开关变压器由充磁突变为消磁的过程中，由于Ip的不连续而对电视机图象产生的低频干扰。因为当开关管截止，变压器的消磁过程开始时，二极管D导通，Ip可通过IpC形成一个LC振荡回路，保持了LP流通瞬时的连续性，这使得所生成的寄生干扰信号在频率和幅值上都大为下降，而且由于没有电阻成

8、分参与，所以原则上不会损失能量．相比于原有的RCD缓冲器，其电源的转换效率将有所提高。图5从工作波形上详细地描述了PFC充电泵电路的原理和功能。假定输入AC电压为230V，在t0时刻开关管T受TDA16846的控制而导通。漏极电压Vt由约600V跳降到零伏。由于初级电感LP的存在，初级电流LP开始直线性上升。Vt的跳变同时通过电容C传送到L和D之间的连接点上（见图4），所以电压VP从400V降到近似－200V。由于负的VP电压，流过扼流圈L上的电流IL会逐步上升。并向电容C充电，这使VP在t0、