APFC電路原理及其在通信電源系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、引言

在通信用開關(guān)電源系統(tǒng)中，為了減少輸入電流諧波，降低其對電網(wǎng)的污染，同時有利于后級DC-DC變換電路的穩(wěn)定工作，交流輸入側(cè)多采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)。

提高功率因數(shù)最簡單的方法是無源補(bǔ)償法，但由于無源法中應(yīng)用的器件體積大而笨重且性能指標(biāo)不理想，目前最先進(jìn)的方法是采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)（APFC）。與無源校正相比，有源功率因數(shù)校正電路抑制諧波效果更明顯，總諧波含量可抑制在5%以內(nèi)，功率因數(shù)可達(dá)到0.9以上，接近單位功率因數(shù)。

二、APFC電路的基本原理

單相有源功率因數(shù)校正電路的控制主要包括應(yīng)用乘法器的電流連續(xù)工作方式（CCM）和射隨器的電流非連續(xù)工作方式（DCM）。輸出功率在700W以上電源目前主要以CCM方式為主，主電路拓?fù)涠嗖捎蒙龎海╞oost）變換器,這主要是由于boost變換器具有輸入電流小、效率高、輸入電壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)；同時儲能電感也可作為濾波器抑制RFI和EMI噪聲?；竟ぷ?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/原理">原理見圖1，其中的boost變換器工作于CCM方式，可以看出，控制電路采用了電壓、電流雙閉環(huán)控制，電流反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣信號是升壓變換器的電感電流，電壓反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣信號是變換器的輸出電壓。正比于輸入電流的取樣信號與乘法器的輸出進(jìn)行比較，經(jīng)處理轉(zhuǎn)換成PWM脈沖，控制功率管S導(dǎo)通或關(guān)斷。功率管導(dǎo)通后，電感電流線性上升。當(dāng)取樣電流與參考電流相等時，控制器使功率管關(guān)斷，此時電感的自感電勢使二極管D導(dǎo)通，儲能電感L通過二極管D對電容C放電，電感電流線性下降。隨后第二個開關(guān)周期開始，重復(fù)上述過程。通過對電感電流進(jìn)行采樣并實(shí)施控制，使電感電流的幅值與輸入電壓同相位的正弦參考信號成正比，從而達(dá)到功率因數(shù)校正的目的。同時根據(jù)輸出電壓反饋，利用乘法器電路來控制正弦電流，以獲得穩(wěn)定的電壓輸出。



圖1

三、關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)與實(shí)例

實(shí)例中涉及到的有關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)有：



3.1功率級電路分析

由于穩(wěn)態(tài)時一個周期內(nèi)電感的平均電壓為零，即維持伏秒平衡，于是有

式中：
TON--功率管S導(dǎo)通時間

TOFF --功率管S關(guān)斷時間
輸出電壓

式中：D—功率管S的導(dǎo)通占空比，

因D總是小于1，所以

占空比

因輸入電壓

故

說明在半個電網(wǎng)周期內(nèi)占空比是時變的。且在電網(wǎng)電壓過零時達(dá)到最大，在電網(wǎng)電壓的峰值處降到最小。
其中電感電流為：

3.2輸出電壓的選擇

通常，輸出電壓要高于最大輸入電壓的峰值的10%左右。設(shè)D8D9 考慮器件耐壓等因素，可選擇380V。

3.3升壓儲能電感的設(shè)計(jì)

升壓儲能電感所需電感量是由開關(guān)紋波電流設(shè)計(jì)值決定，若允許較大的紋波，則可減少電感量。最壞情況出現(xiàn)在低電網(wǎng)電壓同時輸出最大負(fù)載時的峰值電流。PFC電感中的最大紋波電流，通常選擇為最大峰值線路電流的20%左右，即

由式（3）可得

設(shè)最小

若

則由上述（7）、（8）式得到

電感的設(shè)計(jì)還包括磁芯材料與規(guī)格的選用，以及銅損、鐵損估算等，因篇幅限制，本文不再詳述。