2 kW有源功率因數(shù)校正電路設計
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摘要：有源功率因數(shù)校正可減少用電設備對電網(wǎng)的諧波污染，提高電器設備輸入端的功率因數(shù)。詳細分析有源功率因數(shù)校正APFC(active power factor corrector)原理，采用平均電流控制模式控制原理，設計一種2 kW有源功率因數(shù)校正電路。實驗結果表明：以TDA16888為核心的有源功率因數(shù)校正器能在90～270 V的寬電壓輸入范圍內(nèi)得到穩(wěn)定的380 V直流電壓輸出，功率因數(shù)達O．99，系統(tǒng)性能優(yōu)越。
關鍵詞：平均電流控制；功率因數(shù)校正；諧波污染；有源功率因數(shù)校正(APFC)
1 引言
目前家用電器的功率前級多采用二極管全橋整流方式，這會造成電網(wǎng)諧波污染，功率因數(shù)下降，無功分量主要為高次諧波，其中三次諧波幅度約為基波幅度的95％，五次諧波幅度約為基波幅度的70％．七次諧波幅度約為基波幅度的45％。高次諧波會對電網(wǎng)造成危害，使用電設備的輸入端功率因數(shù)下降，而且產(chǎn)生很強的電磁干擾(EMI)，對電網(wǎng)和其他用電設備的安全運行造成潛在危害。
有源功率因數(shù)校正電路(Active Power Factor Corrector，APFC)可將電源的輸入電流變換為與輸入市電同相位的正弦波，從而提高電器設備的功率因數(shù)，減少對電網(wǎng)的諧波污染。理論上，降壓式(Buck)、升壓式(Boost)、升／降壓式(Boost-Buck)以及反激式(Flyback)等變換器拓撲都可作為APFC的主電路。其中，Boost APFC是簡單電流型控制，功率因數(shù)值高，總諧波失真小，效率高，但輸出電壓高于輸入電壓，適用于75～2 000 W功率電源，應用廣泛。因為升壓式APFC的電感電流連續(xù)，儲能電感可作為濾波器抑制射頻干擾(RFI)和EMI噪聲，并防止電網(wǎng)對主電路的高頻瞬態(tài)沖擊．電路有升壓斬波電路，輸出電壓大于輸入電壓峰值，電源允許的輸入電壓范圍擴大，通常可達90～270 V，提高電源的適應性，且升壓式APFC控制簡單，適用的功率范圍寬。因此，這里提出了一種基于Boost電路拓撲，以TDA16888為控制核心的2 kW有源功率因數(shù)校正電路，該電路可將功率因數(shù)提高到O．99以上。
2 Boost APFC電路原理
常用于實現(xiàn)Boost APFC的控制方法有以下3種：
(1)電流峰值控制 開關頻率固定，工作在電流連續(xù)模式(CCM)下，采用Boost電路結構，通過檢測開關電流控制。該方法電感電流的峰值(控制的基準)對噪聲敏感，容易產(chǎn)生控制誤差。
(2)電流滯環(huán)控制 開關頻率可變，工作在CCM下，采用Boost電路結構，通過檢測電感電流控制。該方法的負載大小對開關頻率的影響較大，由于開關頻率的變化幅度大，設計輸出濾波器時，需按最低開關頻率考慮，故難以得到體積和重量最小的設計。
(3)平均電流控制 開關頻率固定，工作模式任意，通過檢測電感電流控制，需要放大電流誤差信號。這種方法的工頻電流的峰值是高頻電流的平均值，高頻電流的峰值比工頻電流的峰值更高，總諧波畸變(THD)很小，對噪聲不敏感，電感電流峰值與平均值之間的誤差小，可工作于CCM和DCM模式下，適合于任何拓撲。
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