一種有源功率因數(shù)校正器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 引言
    在電力電子技術(shù)及電子儀器中，所需直流電是南220 V交流電網(wǎng)經(jīng)整流得到的。交流電源經(jīng)全波整流后，通常接一個(gè)大電容器，以得到波形較為平直的直流電壓，但整流器一電容器濾波是一種非線性元件(二極管)和儲(chǔ)能元件(電容)的組合。由于整流電路中二極管的非線性，雖然輸入交流電壓ui是正弦的，但輸入交流電流ii波形卻產(chǎn)生畸變，呈脈沖狀。大量應(yīng)用整流電路，要求電網(wǎng)供給嚴(yán)重畸變的非正弦電流，由此產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生危害，導(dǎo)致輸入端功率因數(shù)下降。為了減小AC—DC交流電路輸入端諧波電流形成的噪聲及對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波“污染”，保證電網(wǎng)供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)可靠性；為了提高輸入端功率因數(shù)，以達(dá)到節(jié)能的效果，必須限制AC—DC交流電路的輸入端諧波電流份量。因此體現(xiàn)了功率因數(shù)校正(PFC)電路的重要性。

2 有源功率因數(shù)校正器原理及工作特性
    圖1給出有源功率因數(shù)校正電路原理。主電路由單相橋式整流器和DC—DC變換器組成，包括電壓誤差放大器VA，基準(zhǔn)電壓Vr，電流誤差放大器CA，乘法器M及驅(qū)動(dòng)器等，負(fù)載可以是開關(guān)電源。

    主電路的輸出電壓Vo與基準(zhǔn)電壓比較后，輸入給VA，整流電壓Vdc的檢測(cè)值和VA的輸出電壓Vo信號(hào)共同加到乘法器M的輸入端。
    M的輸出作為電流反饋控制的基準(zhǔn)信號(hào)，與開關(guān)電流iS檢測(cè)值比較后，經(jīng)過CA加到邏輯及驅(qū)動(dòng)器上，用以控制開關(guān)VTr的通斷，使輸入電流ii與Vdc的波形基本一致，從而大大減少了電流諧波，提高了輸入功率因數(shù)，保持Vo的恒定。

3 有源功率因數(shù)校正器應(yīng)用
    為便于實(shí)現(xiàn)有源功率因數(shù)校正器，將其控制電路集成化，即在輸入電路和DC/DC變換器之間插入一個(gè)變換器，通過特定控制電路使電流跟隨電壓，并反饋Vo使之穩(wěn)定，從而使DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)預(yù)穩(wěn)。
    TDAl6888是一種高性能功率因數(shù)校正器集成控制器，已廣泛應(yīng)用于許多功率因數(shù)校正器中。圖2示出具有連續(xù)電感電流流過負(fù)載的功率因數(shù)校正原理圖。由橋式整流器VDl～VD4、鋁電解電容C3A、C3B、C3C、TDAl6888內(nèi)的PFC控制器、升壓電感L2、升壓二極管VD5、功率開關(guān)VQl(MOSFET)和電流傳感電阻R6等組成。

    當(dāng)輸入交流電壓之后，通過高阻R2A、R2B的電流對(duì)TDAl6888管腳9上的電解電容C11A充電，只要CllA被充電到管腳9(VCC=11 V)的門限電壓的以上，TDAl6888中的PFC控制器被觸發(fā)啟動(dòng)。C1 lA容量應(yīng)足夠大(至少不低于22μF)，管腳9的電壓VCC在下跌到ll V的關(guān)斷門限電壓之前，TDAl6888被激活，為VQl柵極發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖。TDAl6888電源電壓由L2的輔助繞組AUXl、C18和VDll、R28、V02及CIlA組成。在VQl漏極通過VD6和C4和VQl柵極驅(qū)動(dòng)電路相連，當(dāng)直流母線電壓出現(xiàn)一個(gè)過沖電壓時(shí)，通過VD6在100 us之內(nèi)被檢測(cè)，并使因過沖電壓而停止工作的升壓開關(guān)VOI開始運(yùn)行。在TDAl6888待機(jī)工作時(shí)，直流母線電壓仍保持在正常的電平上。如果DC直流母線電壓低于正常值，則TDAl6888依靠VD6和R2啟動(dòng)。當(dāng)TDAl6888的第一個(gè)過門限電壓產(chǎn)生時(shí)，即直流母線電壓比設(shè)定值380V高出10％時(shí)，為第一個(gè)過門限電壓，通過TDAl6888內(nèi)的OTA2和乘法器關(guān)斷VQl，以阻止DC母總線電壓的升高。當(dāng)TDAl6888的第二個(gè)過門限電壓產(chǎn)生時(shí)，直流母線電壓比設(shè)定值380V高出20％時(shí)，為第二個(gè)過門限電壓，則TDAl6888迅速關(guān)閉PFC輸出，并與輸入端的壓敏電阻R30相結(jié)合，執(zhí)行過電壓保護(hù)功能。

    系統(tǒng)工作頻率由連接到TDAl6888的16引腳(ROSC)上的電阻R24決定。當(dāng)R24=1lOkΩ時(shí)，fPFC=50kHz；當(dāng)R24=5l kΩ時(shí)，fPFC=100 kHz。本試驗(yàn)選取R24=110 kΩ。

4 結(jié)語(yǔ)
    由TDAl6888內(nèi)的PFC控制器組成的有源PFC升壓變換器，具有下述功能：一是在交流輸入端產(chǎn)生與交流輸入電壓同相位的正弦電流波形(如圖3)，具有低諧波畸變和幾乎接近于l的高功率因數(shù)；二是輸出不隨交流輸入電壓波動(dòng)變化的高穩(wěn)定的直流電壓。
    對(duì)開關(guān)電源來講，功率因數(shù)校正技術(shù)是一門新興技術(shù)，它對(duì)提高開關(guān)電源效率發(fā)揮了重要的作用。從控制技術(shù)上來講，軟開關(guān)技術(shù)、PFC技術(shù)是提高電源品質(zhì)的關(guān)鍵，有關(guān)研究正處于迅涑發(fā)展中。