分析探討UPS中的PFC電路

一、功率因數(shù)控制電路和UC3854

⒈功率因數(shù)的定義

PFC即功率因數(shù)校正，功率因數(shù)（PF）是指交流輸入有功功率（P）與輸入視在功率（S）的比值，即功率因數(shù)

 式中， 表示交流輸入市電的基波電流有效值； 表示交流輸入市電電流的有效值； 表示交流輸入市電電流的波形畸變因數(shù)；cosφ表示交流輸入市電的基波電壓和基波電流的相移因數(shù)。所以功率因數(shù)（PF）可以定義為交流輸入市電電流的波形畸變因數(shù)γ與相移因數(shù)cosφ的乘積。

可見功率因數(shù)PF由電流失真系數(shù)γ和基波電壓、基波電流相移因數(shù)cosφ決定。cosφ低，表示用電電器設(shè)備的無功功率大，電能利用率低。γ值低，則表示輸入電流諧波分量大，將造成輸入電流波形畸變，對(duì)電網(wǎng)造成污染，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使用電設(shè)備損壞。

傳統(tǒng)的功率因數(shù)概念是假定輸入電流無諧波電流（即I1＝Irms或γ＝1）的條件下得到的，這樣功率因數(shù)的定義就變成了PF＝cosφ。

⒉功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)方法

理想情況下，功率因數(shù)PF＝cosφ×γ＝1，但通常PF都小于1。功率因數(shù)校正的作用，就是使電路的功率因數(shù)PF達(dá)到或者接近于1。這可以通過兩個(gè)途徑達(dá)到：

⑴使輸入電壓、輸入電流同相位。此時(shí)cosφ＝1，所以PF＝γ。

⑵使輸入電流正弦化。即 ＝ （諧波為零），有 / ＝1即；PF＝cosφ×γ＝1。

從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。利用功率因數(shù)校正技術(shù)可以使交流輸入電流的波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時(shí)整流器的負(fù)載可等效為純電阻。

在實(shí)際電路中，往往把PFC電路設(shè)置在橋式整流輸出至濾波電路之間。這時(shí)基準(zhǔn)電壓是m型半波波形，經(jīng)PFC電路跟蹤處理后的輸入電流波形也是m型半波波形，但只要滿足了輸入電流的波形與輸入電壓（基準(zhǔn)電壓）的波形同頻同相，就達(dá)到了功率因數(shù)校正的目的。

⒊PFC跟蹤電流過程

圖1所示為電流跟蹤波形圖。為了便于說明問題，圖中電壓Vin的波形與電流I的波形的縱軸采用了不同比例，以使它們能夠重合。

⑴圖1中若以電壓Vin的波形為基準(zhǔn)，則電流I的波形錯(cuò)開了一定距離，即產(chǎn)生了相位差。觀察V、I波形圖可以發(fā)現(xiàn)，只要將虛線J-K、L-M之間的電流波形的幅度依照電壓波形適當(dāng)提升，而將虛線K-L、M-N之間的電流波形的幅度依照電壓波形適當(dāng)壓縮，即可使電流波形與電壓波形重合。

根據(jù)同樣原理，即便電流波形是方波等非正弦波，也可以整形為正弦波，并與電壓波形重合。

實(shí)際上，在功率因數(shù)校正時(shí)，輸入市電電壓的波形和相位的采樣是必需的，而可以不必對(duì)輸入電流的波形進(jìn)行采樣，無論輸入電流的波形如何，只要按照輸入市電的波形和相位改造出所需的電流波形，就可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)控制的目。所以在本書的實(shí)際電路中，通常并不對(duì)輸入電流進(jìn)行采樣，使電路的設(shè)計(jì)更加靈活。

⑵圖2所示為PFC跟蹤電路示意圖。

圖中BRI為市電輸入橋式全波整流器，L為PFC電感，VD為PFC二極管，C1為市電濾波電容，VT為PFC功率管，R0為市電電流采樣電阻，PFC控制電路輸入的市電電流采樣電壓為負(fù)值，R1、R2為直流電壓采樣電阻。PFC控制電路通過對(duì)市電輸入電壓、直流輸出電壓和電路電流采樣值的分析，輸出控制信號(hào)，控制PFC功率管的占空比，從而達(dá)到校正電路PFC的目的。

由圖可見，PFC的采樣及控制電路設(shè)置在整流器BRI與濾波電容C1之間，這時(shí)PFC電路處理的波形為m型半波波形。若將PFC電路設(shè)置在濾波電容C2之后，這時(shí)電壓電流已經(jīng)是直流，失去校正的意義。

圖中VT為PFC開關(guān)管，它的開通與截止受PFC控制器的控制。這一電路具有以下功能：

①提高電路的輸入功率因數(shù)

當(dāng)VT飽和導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于將L右端接地，這時(shí)將有較大電流流iPFC過L，但由于L的電感特性，iPFC只能逐漸增大。隨后VT截止關(guān)閉，電感L中的能量維持iPFC電流繼續(xù)流動(dòng)，經(jīng)VD對(duì)C1充電，并供給負(fù)載，使iPFC逐漸減小。受PFC控制電路的控制，PFC開關(guān)管不斷反復(fù)開、閉，在負(fù)載兩端生成輸出電壓。

如果PFC開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)，L中電流較大，L中積蓄的能量較多，則當(dāng)VT截止時(shí)L中維持的電流就較大。反之，若VT導(dǎo)通時(shí)間較短，則L中積蓄的能量就較少，當(dāng)VT截止時(shí)L維持的電流也較小。可見控制VT開通時(shí)間的長(zhǎng)短，即可控制電路中電流的大小，所以只要按照輸入電壓的規(guī)律來控制PFC開關(guān)管的開通與截止，就可以使輸入電流與輸入電壓很好的同頻同相，提高電路的輸入功率因數(shù)。

②升壓

當(dāng)VT開通時(shí)，L兩端的電壓極性為左正右負(fù)。此時(shí)VD正端為低，處于截止?fàn)顟B(tài)，C2兩端的電壓不會(huì)經(jīng)VT瀉放。而當(dāng)VT截止時(shí)，L兩端電壓極性反轉(zhuǎn)，為左負(fù)右正，此時(shí)L兩端的感生電壓與整流器的輸出電壓相串聯(lián)，通過VD對(duì)C1充電。結(jié)果C1兩端的電壓高于整流器輸出的電壓。因此這種結(jié)構(gòu)的PFC電路具有升壓功能。

③穩(wěn)壓

由于可以通過控制PFC功率管柵極的占空比來控制整流器輸出的電壓，所以可以通過對(duì)輸出電壓的采樣，來調(diào)整PFC功率管柵極的占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。因此，在具有升壓結(jié)構(gòu)的高頻機(jī)中，在升壓的同時(shí)就完成了功率因數(shù)的校正。

⒋UC3854

UC3854是TI公司生產(chǎn)的用于有源功率因數(shù)校正的專用控制電路。它可以完成升壓變換器校正功率因數(shù)所需的全部控制功能，使功率因數(shù)達(dá)到0.99以上，使輸入電流波形失真小于5%。該控制器采用平均電流型控制方式，控制精度很高，開關(guān)噪聲較低。采用UC3854組成的功率因數(shù)校正電路后，當(dāng)輸入電壓在85~260V之間變化時(shí)，輸出電壓仍可以穩(wěn)定在設(shè)定值，因此也可以作為穩(wěn)壓電源

UC3854的輸出級(jí)采用推拉輸電路，輸出電流可達(dá)1A以上，因此輸出的恒頻PWM脈沖可以推動(dòng)大功率MOSFET器件。

⑴UC3854的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳功能

圖3為UC3854的引腳圖。各引腳功能為：

○1GND接地端

芯片內(nèi)部所有電壓的測(cè)試基準(zhǔn)點(diǎn)。振蕩器定時(shí)電容的放電電流也由該腳返回，因此，定時(shí)電容到該引腳的距離應(yīng)盡可能短。

○2PK LMT峰值限流端

峰值限流門限值為0V。該引腳應(yīng)接入電流取樣的負(fù)值電壓，一旦該腳電壓為0，芯片的輸出即被關(guān)閉。通常在芯片的○2腳與○9腳（基準(zhǔn)電壓輸出端）之間接一只偏置電阻，使○2腳得到一個(gè)正偏置電壓。若電流取樣電阻上的負(fù)電壓大到足夠抵消該偏置電壓時(shí)，○2腳電壓即為0V，芯片即被關(guān)閉。

○3CA OUT電流誤差放大器輸出端

該電流誤差放大器檢測(cè)并放大市電輸入電流，控制脈寬調(diào)制器，強(qiáng)制校正市電輸入電流。

○4ISENSE電流采樣輸入端負(fù)極

該引腳為電流誤差放大器的反相輸入端。

○5MULT OUT電流采樣輸入端正極和模擬乘法器輸出端

模擬乘法器的輸出端直接與電流誤差放大器的同相輸入端相連接。

○6IAC交流電流采樣信號(hào)入

交流電流采樣信號(hào)從該腳加至模擬乘法器的輸入端。

○7VA OUT電壓放大器輸出端

電壓誤差放大器的輸出端。該端輸出的信號(hào)也可用來調(diào)整輸出電壓。

○8URMS有效值電壓輸入端

市電整流輸出電壓經(jīng)分壓后加至該腳。該腳電壓應(yīng)在1.5-3.5V之間。

○9VREF該腳可輸出7.5V穩(wěn)定電壓，最大輸出電流為10mA，并且內(nèi)部可以限流。當(dāng)Vcc較低或者使能端○10腳（ENA）為低電平時(shí)，該腳電壓為0。

○10ENA使能端

使芯片啟動(dòng)工作的控制信號(hào)的輸入端。該端還控制基準(zhǔn)電壓、振蕩器和軟啟動(dòng)電路的打開與關(guān)閉。若不通過該腳控制時(shí)，該腳應(yīng)接至+5V電源或經(jīng)100K電阻接至Vcc電源，使芯片始終處于工作出狀態(tài)。

○11USENSE電壓誤差放大器反相輸入端

PFC電路的輸出電壓經(jīng)分壓后加至該腳。通常該腳與電壓誤差放大器輸出端○7腳（AV OUT）之間需加入RC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以改善電壓誤差放大器的頻率特性。

○12RSET振蕩器定時(shí)電容充電電流設(shè)定電阻接入端和乘法器最大輸出電流設(shè)定電阻接入端。乘法器最大輸出電流為3.75V/RSET。

○13SS軟啟動(dòng)端

芯片停止工作或Vcc過低時(shí)，該腳為0電壓。芯片開始啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)部14μA電流對(duì)外接電容充電，使該腳電壓上升至7.5V時(shí)，芯片輸出的PWM脈沖占空比逐漸增大，輸出電壓逐漸升高。

○14CT振蕩器定時(shí)電容接入端
該引腳與地之間接入定時(shí)電容CT，可按下式設(shè)定芯片內(nèi)振蕩器的工作頻率：

 ○15Vcc電源電壓

為了保證芯片的正常工作，Vcc應(yīng)高于17V，同時(shí)該引腳對(duì)地之間應(yīng)接入旁路電容器。

○16GT DRV驅(qū)動(dòng)電壓輸出端

該腳的輸出電壓驅(qū)動(dòng)外接的MOSFET功率管。該引腳內(nèi)部設(shè)有箝位電路，可將輸出脈沖幅值鉗位在15V，因此當(dāng)Vcc高達(dá)35V時(shí)，該芯片仍能正常工作。使用中該引腳到MOSFET管的柵極之間應(yīng)串入大于5Ω的電阻，以免驅(qū)動(dòng)電流過沖。
⑵UC3854的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

①欠壓控制電路

UC3854中設(shè)有欠壓控制電路。其中UVIC為欠壓封鎖電路。開機(jī)時(shí)，Vcc電壓高于16V，UVIC輸出為高電平，否則UVIC輸出為低電平。UC3854開機(jī)工作后，若Vcc低于10V，UVIC即輸出低電平。

EC為使能比較器。UC854○10腳電壓高于2.5V時(shí)，芯片啟動(dòng)，低于2.25V時(shí)芯片關(guān)閉。UVIC輸出端和EC輸出端分別接至與門1的輸入端，而與門1的輸出端控制著7.5V基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、OSC振蕩器和軟啟動(dòng)電路。只有芯片的電源電壓Vcc高于16V，同時(shí)○10腳使能端高于2.25V時(shí)，與門1輸出為高電平，7.5V基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、OSC振蕩器和軟啟動(dòng)電路開通工作，若Vcc低于10V，或者○10腳使能端低于2.25V，上述3個(gè)電路立即關(guān)閉，芯片隨之關(guān)閉。

②乘法器電路

乘法器是UC3854的核心電路，它的輸入端接收市電輸入電壓有效值和整流器輸出的直流電壓的信息，輸出信號(hào)送入CEA電流誤差放大器。乘法器的輸出電壓決定了電路功率因數(shù)的高低。

電路的輸出電壓信號(hào)經(jīng)UC3854○11腳送入VEA電壓誤差放大器的反相輸入端，其中的二極管用來描述有關(guān)電路的特性而非實(shí)際的元件。電壓誤差放大器輸出信號(hào)的極性與電路輸出電壓信號(hào)極性相反，即電路輸出電壓升高時(shí)電壓誤差放大器的輸出信號(hào)會(huì)降低，反之會(huì)升高。電壓誤差放大器輸出的信號(hào)送至乘法器的A端，因此A信號(hào)代表了電路輸出電壓，同時(shí)由○7端輸出。通常在電壓誤差放大器的反相輸入端與輸出端，即UC3854的○11腳與○7腳之間接有RC網(wǎng)絡(luò)，用以改善放大器的頻率特性和調(diào)整放大器的放大倍數(shù)。

市電輸入電壓信號(hào)經(jīng)○6腳送至乘法器的B端，因此B信號(hào)代表了市電輸入電壓。同時(shí)市電輸入電壓信號(hào)還經(jīng)○8腳送至芯片內(nèi)的平方電路，經(jīng)平方處理后送至乘法器的C端，因此C信號(hào)代表了市電輸入信號(hào)X的平方值。

在乘法器中，代表電路輸出電壓的A信號(hào)與代表輸入電壓信號(hào)的B信號(hào)相乘，再除以代表市電信號(hào)平方值的C信號(hào)，得到Im信號(hào)。即其中之所以要用A×B除以C，是不希望功率因數(shù)校正值隨輸入電壓的幅度變動(dòng)而發(fā)生變化，這是UC3854開發(fā)商的一項(xiàng)專利技術(shù)。

③電流誤差放大器

乘法器輸出的Im信號(hào)作為控制電流參考信號(hào)送入電流誤差放大器的同相輸入端。與此同時(shí)，市電輸入電流信號(hào)經(jīng)○4腳送至電流誤差放大器的反相輸入端。于是，電流誤差放大器的輸出信號(hào)便與市電輸入電流信號(hào)具有相反的極性。

④振蕩電路

OSC振蕩器的振蕩頻率由為

通常振蕩頻率選定為20-40KHz。

振蕩器的輸出為同頻率的鋸齒波和方波，其中鋸齒波送至PWM比較器的同相輸入端，而方波的一路送至觸發(fā)器的置位端S端，另一路送至反相器2的輸入端。

⑤峰值電流限制比較器

輸出電流信號(hào)加至比較器的反相輸入端，比較器的輸出信號(hào)加至觸發(fā)器的一個(gè)復(fù)位端R端。當(dāng)輸出電流發(fā)生峰值過流時(shí)，比較器輸出低電平，迫使觸發(fā)器停止工作。

⑥PWM脈寬調(diào)制電路

PWM脈寬調(diào)制電路由PWM比較器構(gòu)成。鋸齒波被送至PWM比較器的同相輸入端，電流誤差放大器輸出的信號(hào)被送至PWM比較器的反相輸入端，PWM脈寬調(diào)制電路便可輸出連續(xù)的PWM調(diào)制脈沖。PWM脈寬調(diào)制電路輸出的PWM脈沖送至觸發(fā)電路的一個(gè)復(fù)位端R端。

⑦觸發(fā)器電路

振蕩器輸出的方波脈沖信號(hào)加至觸發(fā)器電路的置位端S端，PWM脈寬調(diào)制電路輸出的PWM信號(hào)加到觸發(fā)器電路的復(fù)位端R端，在兩個(gè)輸入信號(hào)的共同作用下，觸發(fā)器輸出端Q端將輸出一連串頻率與鋸齒波相同，寬度與PWM脈寬調(diào)制電路輸出信號(hào)的脈寬相同的信號(hào)，與門2在觸發(fā)器Q端輸出的脈沖信號(hào)和反向器輸出的反極性方波信號(hào)共同作用下，輸出寬度受控的PWM信號(hào)，再經(jīng)UC3854內(nèi)部的推拉輸出級(jí)進(jìn)行功率放大后從○16腳輸出。

⑷UC3854輸出的PWM脈沖電壓的特性：

①該脈沖被輸入市電頻率和幅度所調(diào)制，經(jīng)PFC功率管控制后，能使輸入電流的波形緊跟輸入電壓的波形變化，從而達(dá)到提高輸入電路的功率因數(shù)的目的。

②該脈沖的寬度同時(shí)受控于輸入市電電壓信號(hào)和整流電路輸出電壓信號(hào)的調(diào)制，在提高電路的功率因數(shù)的同時(shí)，還能使整流器輸出的直流電壓具有升壓和穩(wěn)壓的特性。

二、SANTAK-1053型高頻機(jī)中的PFC電路

圖5為SANTAK-1053型高頻機(jī)與PFC有關(guān)的電路。該機(jī)PFC電路由芯片U11（UC3854）、PFC MOSFET功率管Q14（2SK1723）、PFC驅(qū)動(dòng)光耦U10(OPT250-1)、運(yùn)放U9(LM324)及周邊元件組成。

由圖5可見：

⒈市電相電壓經(jīng)R71、R83、R82降壓后加至運(yùn)放U9C（LM324）反向輸入端。U9C與D39組成精密檢波器，對(duì)降壓后的市電電壓進(jìn)行檢波，形成市電檢測(cè)電壓，其波形為m狀半波波形。采用精密檢波器可以使小信號(hào)時(shí)的檢波線性度良好。市電檢測(cè)電壓再經(jīng)跟隨器U9A(LM324)隔離后送入U(xiǎn)11(UC3854)的○6、○8腳。

⒉市電輸入電流流經(jīng)CT2后在○1、○4腳感應(yīng)出交流電壓，經(jīng)D41、D42、D45、D46全波整流后形成輸入電流檢測(cè)電壓，加至U11(UC3854)的○2、○5腳。此電路的作用是，一旦輸入電流過流，PFC芯片即停止工作。要注意加至U11○2、○5腳的電壓為全波整流器輸出的負(fù)值電壓。

⒊來自電腦芯片U6○57腳的啟動(dòng)電壓加至U11的○10腳，高電平為啟動(dòng)，低電平為關(guān)閉。

⒋U11的○16腳輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)光耦U10（OPT250-1）隔離驅(qū)動(dòng)后從其○6、○7腳輸出，加至PFC功率管Q14的柵極。在柵極中串接了由R52、D36組成的加速、消振電路。其中R52為消振電阻，將柵極可能產(chǎn)生的自激振蕩消耗掉；D36為加速二極管。當(dāng)正極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)到來時(shí)D36截止，對(duì)電路無影響；當(dāng)負(fù)極性驅(qū)動(dòng)信號(hào)到來時(shí)，D36導(dǎo)通，將R52旁路，使Q14柵極的電荷能迅速放掉。

⒌±BUS電壓的檢測(cè)電壓經(jīng)BUS電壓切換開關(guān)SW、R120、R122、R123、C74、D43等隔離整形后加至U11的○7腳,作為±BUS誤差校正電壓。C66加至U11的○7、○11腳之間，作為U11內(nèi)部電壓誤差放大器的頻率補(bǔ)償電容，以改善其頻率特性。

逆變狀態(tài)時(shí)U1通過±BUS電壓切換開關(guān)SW取得±BUS電壓的幅度信息，控制輸出的PWM脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)±BUS電壓的穩(wěn)定。市電狀態(tài)時(shí)雖然逆變電路已停止工作，但±BUS電壓切換開SW關(guān)仍處于工作狀態(tài)，可將±BUS電壓的幅度信息送入PFC電路U11中。

這樣一來，當(dāng)電路工作于市電狀態(tài)時(shí)，U11內(nèi)部乘法器的輸入端就有兩路檢測(cè)信號(hào)輸入：一路是精密檢波器U9C、U9A經(jīng)○6、○8腳送來的市電檢測(cè)電壓；另一路是由電壓切換開關(guān)SW經(jīng)○7腳送來的±BUS檢測(cè)電壓，U11對(duì)這兩路信號(hào)處理后，從○16腳輸出PWM信號(hào)，控制PFC功率管Q14的占空比，同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的校正、±BUS電壓的升壓和穩(wěn)壓。

⒍如前所述，通常PFC電路設(shè)置在全波整流器與濾波電容之間，處理的是m型半波電壓。而在SANTAK-1053型高頻機(jī)中，PFC電路設(shè)置在市電輸入與全波整流電路之間，處理的是正弦電壓，并且在功率管與市電輸入控制點(diǎn)之間接有一只作極性校正用的整流REC1，這種結(jié)構(gòu)顯然與通常的PFC電路不同。

按照通常的PFC電路的設(shè)置，PFC電路不便產(chǎn)生正、負(fù)極性的BUS電壓。而在SANTAK-1053型高頻機(jī)中，將PFC電路設(shè)置在市電輸入與全波整流電路之間，同時(shí)在功率管與市電輸入控制點(diǎn)之間接一只極性校正用整流橋，使這一問題便得到了解決。

圖6為SANTAK-1053型高頻機(jī)PFC電流的形成圖。當(dāng)市電為正半周時(shí)，市電流經(jīng)D1、D4、Q14/D、Q14S形成回路。當(dāng)市電為負(fù)半周時(shí)，市電流經(jīng)D2、D3、Q14/D、Q14S形成回路。因此，無論在市電的正半周還是負(fù)半周，都有PFC電流流經(jīng)Q14，并且都是從D極流進(jìn)，S極流出。這樣，這種PFC電路處理的就是全波電壓，可以很方便的得到正負(fù)對(duì)稱的BUS電壓。
三、SANTAK-C3K(S)型高頻機(jī)中的PFC電路

⒈SANTAK-C3K（S）機(jī)PFC電路的結(jié)構(gòu)

圖7所示為SANTAK-C3K（S）機(jī)的PFC電路圖。

SANTAK-C3K（S）機(jī)中的PFC電路與SANTAK-1503型機(jī)中的PFC電路在結(jié)構(gòu)上有較大的不同：

⑴在SANTAK-C3K（S）機(jī)中，PFC的控制電路中沒有使用常見的PFC芯片如UC3854等，而是采用了常見的開關(guān)電源PWM芯片UC3843。

⑵在SANTAK-C3K（S）機(jī)中，PFC控制管電路的基本結(jié)構(gòu)是相似的，只是因?yàn)檩敵龉β瘦^大，PFC控制管Q09采用了IGBT管，但是PFC信號(hào)電路卻迥然不同。

⑶在SANTAK-C3K（S）機(jī)中，將PFC的主要電路制作在兩塊小電路板上，并垂直插焊在主電路板上。

⒉波形變換電路

參見圖7所示。PFC電路的作用是根據(jù)市電和±BUS電壓的幅度變化，產(chǎn)生相應(yīng)的控制脈沖，通過PFC功率管調(diào)整市電輸入電流（市電工作時(shí)）的和±BUS電壓（電池工作時(shí)）的大小。

CPU根據(jù)檢測(cè)到的市電輸入電壓和輸入電流以及±BUS電壓的數(shù)據(jù)，從○34腳輸出相應(yīng)的方波脈沖串，脈沖串中的脈沖寬度是變化的，代表了CPU的控制信息。但后面的PFC控制電路卻不能直接處理幅度恒定寬度（周期）變化的電壓波形，必須將其轉(zhuǎn)換為幅度變化的電壓波形。為此，將CPU○34腳輸出的脈沖串加至由U22B及周邊元件構(gòu)成的二階濾波器，從二階濾波器出來后就變成了正弦波信號(hào)，它的幅度變化代表了CPU的控制信息。

⒊PFC小板

⑴PFC小板的組成及功能

PFC小板由U401、U402，Q401、Q402及周邊元件組成，見圖7左下所示。

二階濾波器輸出的信號(hào)經(jīng)接插件CN1/1，CN10/1加至三極管Q402的基極，Q402基極接有由R401、R412組成的分壓器，將+5V電壓分出約0.5V給Q402基極，所以二階濾波器輸出的電壓超過0.5V時(shí)Q402即飽和，將U401○1腳接地，于是U401關(guān)閉，輸出端○6腳所接的PFC功率管也關(guān)閉。當(dāng)二階濾波器輸出的電壓低于0.5V時(shí)，Q402截止，U401開通，輸出端○6腳所接的PFC功率管也開通。二階濾波器輸出電壓幅度變化時(shí)，U401開通的時(shí)間也隨之變化。

由上述過程可見，CPU輸出脈沖寬度的變化，在二階濾波器中變成了幅度的變化，經(jīng)過U401以后，又變成了PFC功率管開通于截止的時(shí)間的變化，實(shí)現(xiàn)了CPU對(duì)PFC功率管的控制。

⑵PFC過流保護(hù)

PFC功率管流過的瞬時(shí)電流與市電的輸入電流屬于同一數(shù)量級(jí)，一旦失控，將造成電路器件的損壞。為此設(shè)置了PFC過流保護(hù)電路。
PFC過流保護(hù)電路由PFC過流檢測(cè)傳感器CT2及周邊元件組成。CT2初級(jí)串接在PFC功率電路中，PFC電路工作時(shí)，次級(jí)感應(yīng)出的電壓經(jīng)D24、R408、C406濾波加至U401○3腳，PFC電路一旦發(fā)生過流，U401即關(guān)閉。R88是負(fù)載電阻。D40整流后不經(jīng)濾波，保留了波形中的突波部分，使保護(hù)更加靈敏。

⑶PFC電路的關(guān)閉

當(dāng)PFC電路需要關(guān)閉時(shí)，CPU○35腳輸出高電平，經(jīng)R305、接插件CN1/7、CN12/2、R406、R410加至U401○2腳，使U401關(guān)閉。與此同時(shí)，CPU○35腳送出的關(guān)閉信號(hào)還經(jīng)R305送至比較器U402A的反相輸入端○2腳，只要○2腳電壓超過○3腳電壓，U402A輸出端○1腳即為低電平，使U401關(guān)閉。由于PFC電路采用了雙重關(guān)閉措施，所以關(guān)閉十分可靠。

⑷斜坡補(bǔ)償

為了保證在占空比大于50%時(shí)開關(guān)電源能穩(wěn)定工作，需要對(duì)電路進(jìn)行斜坡補(bǔ)償，其原理如前所述。本機(jī)斜坡補(bǔ)償仍然采用的是將定時(shí)電容的充放電波形與電流采樣電壓波形相疊加的方法，參見圖7所示。

圖中Q401為斜坡補(bǔ)償三極管。Q401發(fā)射極接至U401○8腳提供的+5V穩(wěn)定電壓。基極接至U401○4腳。Q401發(fā)射極經(jīng)電阻R411、R403接至U401○3腳。顯然，Q401接成射極輸出器的形式，將C401的充放電波形送入Q401基極，與功率管送入U(xiǎn)401○3腳的電流采樣電壓相疊加。于是，兩條曲線相疊加后的幅度大大增加，整個(gè)曲線的斜坡坡度增大。補(bǔ)償前接近觸發(fā)電平的斜坡曲線是平緩的，補(bǔ)償后接近觸發(fā)電平的斜坡曲線是急速上升的，在同樣位置同樣幅度的干擾脈沖，已不能使開關(guān)電源提前截止，從而有效的保證了開關(guān)電源穩(wěn)定的工作。

⒋驅(qū)動(dòng)小板

在SANTAK-C3K（S）機(jī)中，逆變驅(qū)動(dòng)電路和PFC驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)完全一樣，統(tǒng)稱驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路制作在一塊小板上，稱為驅(qū)動(dòng)小板，標(biāo)號(hào)為DUR/MODULE。驅(qū)動(dòng)小板的原理圖見圖7右下所示。

在驅(qū)動(dòng)小板中，由主板開關(guān)電源變壓器TX201次級(jí)送來的開關(guān)電源脈沖，經(jīng)接插件CN13/1、D700送入驅(qū)動(dòng)小板內(nèi)的開關(guān)變壓器TX700的初級(jí)，次級(jí)電壓經(jīng)D701整流、C703、C704濾波，ZD702、ZD703穩(wěn)壓后，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)三極管所需的正負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓。正驅(qū)動(dòng)電壓加至上驅(qū)動(dòng)管Q702的集電極，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓加至下驅(qū)動(dòng)管Q703的集電極，正負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓的公共點(diǎn)，即0點(diǎn)經(jīng)接插件CN13/9輸出作為輸出信號(hào)的參考點(diǎn)。

圖中U701（TLP250）既保證了功率驅(qū)動(dòng)電路與PWM脈寬調(diào)制電路的可靠隔離，又具備了直接驅(qū)動(dòng)MOSFET的能力，使驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)化。

TLP250為雙列直插8腳封裝。其中○1、○4腳為空腳?！?腳為內(nèi)部發(fā)光二極管正極，○3腳為內(nèi)部發(fā)光二極管負(fù)極?！?腳為內(nèi)部上驅(qū)動(dòng)管集電極，○5腳為內(nèi)部下驅(qū)動(dòng)管的集電極，○6、腳為輸出端。

圖中R707為消振阻尼電阻，消除電路中的自激振蕩因素。R708、R709為自給負(fù)偏壓電阻。當(dāng)上驅(qū)動(dòng)管飽和、下驅(qū)動(dòng)管截止時(shí)，R708、R709可壓低下驅(qū)動(dòng)管發(fā)射極電位，使基極電位高于發(fā)射極電位，因而使下驅(qū)動(dòng)管可靠截止。同樣道理，當(dāng)上驅(qū)動(dòng)管截止、下驅(qū)動(dòng)管飽和時(shí)，R708、R709可抬高上驅(qū)動(dòng)管發(fā)射極電位，使基極電位低于發(fā)射極電位，因而使上驅(qū)動(dòng)管可靠截止。

圖中U701○3腳經(jīng)接插件CN13/4、CN10/5、R409接地。U701○2腳經(jīng)接插件CN13/3、CN10/6接至PFC小板上U401輸出端○6腳。當(dāng)U401○6腳為低電平時(shí)，內(nèi)部發(fā)光二極管截止，U701○6、○7腳輸出為高電平，上驅(qū)動(dòng)管飽和，下驅(qū)動(dòng)管截止，驅(qū)動(dòng)小板輸出端經(jīng)接插件CN13/9 輸出高電平。而當(dāng)U401⑹腳為高電平時(shí)，內(nèi)部發(fā)光二極管導(dǎo)通，U701○6、○7腳輸出為低電平，上驅(qū)動(dòng)管截止，下驅(qū)動(dòng)管飽和，驅(qū)動(dòng)小板輸出端經(jīng)接插件CN13/9輸出低電平。

至此，由驅(qū)動(dòng)小板經(jīng)接插件CN13/9輸出的信號(hào)，經(jīng)過一系列變化，又恢復(fù)成CPU○34腳輸出的那種幅度恒定，寬度變化的脈沖串了。

⒌SANTAK-C3K（S）機(jī)的PFC電路

由圖7可見，市電相線經(jīng)PFC電感L06進(jìn)入由D16、D17，C36、C38、C37、C39組成的全波整流濾波電路，PFC電路只是控制市電電流的大小，并未切斷市電通路，不影響整流電路的基本功能。

驅(qū)動(dòng)小板輸出的PFC控制電壓送至PFC開關(guān)管Q09柵極。由于SANTAK-3CK（S）機(jī)的輸出功率較大，所以PFC管Q09采用了IGBT管。D20是Q09的加速二極管，使Q09關(guān)閉時(shí)基極電荷能快速泄放掉。R67可以限制泄放電流的大小。R208、R66為Q09的阻尼電阻，防止Q09可能產(chǎn)生的自激振蕩。R65是柵負(fù)壓電阻，當(dāng)Q09截止時(shí)，驅(qū)動(dòng)小板輸出的是負(fù)電壓，電流由Q09S極→R65→Q09G極，在R65上產(chǎn)生S端正G端負(fù)的電壓，將Q09的G極拉負(fù)，使Q09深度截止，消除了誤導(dǎo)通的可能性。C59、R126組成Q09和整流模塊REC02的吸收電路，用以避免尖峰電壓造成的損壞。

圖中REC02是橋式整流模塊，在這里起極性校正作用，它可以保證無論是輸入市電正半周還是負(fù)半周，PFC電流都由Q09的D極流向S極。PFC電流的形成參見圖6所示。

由于市電輸入電路中串有PFC電感L06，所以，控制送入Q09柵極脈沖的寬度，即可控制流過L06電流的大小，使其與輸入的市電電壓波形保持良好跟蹤。同時(shí)，也正是因?yàn)槭须娸斎牖芈分写蠰06，所以送入由D16、D17構(gòu)成的全波整流電路中的電壓能夠高于市電電壓，經(jīng)整流濾波后得到的直流電壓也得到提升。我們知道，在一般情況下，經(jīng)全波整流和濾波后，只能得到約310V的直流電壓。而在C3K（S）機(jī)中，經(jīng)PFC電路升壓后可得到約400V的直流電壓，兩組濾波電容串聯(lián)后即可得到±400V的±BUS電壓，與升壓電路輸出的直流電壓相當(dāng)。

在實(shí)際工作時(shí)，輸入的市電電壓幅度可能有波動(dòng)，這將引起±BUS電壓的波動(dòng)。為了保證電路在市電狀態(tài)下工作時(shí)±BUS電壓的穩(wěn)定性，CPU將實(shí)時(shí)檢測(cè)±BUS電壓，以±BUS電壓幅度的變化來調(diào)整CPU○34腳輸出的脈沖寬度，從而調(diào)整PFC電流的大小，最終使得±BUS電壓能夠保持穩(wěn)定。