有源功率因数校正技术在开关电源中的应用研究

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1、有源功率因数校正技术在开关电源中的应用研究摘要：提高开关电源的功率因数己经成为国内电源厂商的当务Z急。文屮设计了…种采用功率因数校正专用芯片MC33262的宽电压输入范围、固定升压输出的150W的AC/DC变换器，详尽地分析和讨论了有源功率因数校jE（APFC）控制技术原理、APFC硬件电路结构。实验结果表明文中所设计的带APFC的AC/DC变换器在宽广的输入电压范崗（95〜250V）下能够正常工作，各项性能指标均符合要求。关键词：有源功率因数：变换器；总谐波畸变近年來，开关电源因效率高，成木低，而在各个领域获得了广泛的应用。但

2、是采用传统的非控整流开关电源，由于输入阻抗呈容性，网侧输入电压和输入电流间存在较人相位差，加上输入电流严重非正弦，并呈脉冲状，故功率因数极低，谐波分量很高，给电力系统带來了严重的谐波污染。为此，国际电工委员会早在90年代初就制定了IEC1000-3-2标准，严格限定设备的功率因数必须接近于1,提高开关电源的功率因数已经成为国内电源厂商的当务之急。山于输入端冇整流元件和滤波电容，单相AC/DC开关屯源及大部分整流屯源供屯的屯子设备，其电网侧功率因数仅为0.65左右。采用冇源功率校正技术后可提高到0.95〜0.99,既治理了电网的谐

3、波污染，乂提高了开关电源的整体效率。有源功率因数校正主要是在整流滤波和DC/DC功率级之间串入一个有源PFC作为前置级，用于提高功率因数和实现DC/DC级输入的预稳，用作PFC电路的功率级基本上是升压世Boost变换器，它具有效率高、电路简单、适用电源功率高等优点。开关电源同时是一个重要的电磁T•扰源，所以减少和抑制开关电源的电磁发射成为3C认证中的关键，也是开关电源设计中的重耍课题。开关电源中的功率开关管在高频F的通、断过程产生人幅度的电压和电流跳变，从而产生强大的电磁骚扰。滤波是压缩干扰频谱的皋本手段，抗EMI滤波器是EMC

4、技术的基础元器件之一。在开关电源的滤波器设计中，磁性元件中电感的材料选取及电感取值的设定，对于开关电源的电磁兼容设计至关重要。APFC控制技术原理APFC技术主要采用一■个变换器串入整流滤波与DC/DC变换器乙间，通过特殊的控制，一方而强迫输入电流跟随输入电压，从而实现单位功率因数；另-•方面反馈输出电压使之稳定，从而使DC/DC变换器的输入实现预稳。功率因数补偿控制专用芯片MC33262的电流控制方式是峰值电流控制方式。它的基木思想是采用•个正弦基准电流作为上限，由输出检测信号经谋差放人后与输入全波电压的检测信号相乘获得，下限

5、则为零。貝体过程是通过检测开关电流与止弦基准电流相比较，当达到该棊准电流时关断开关,在电感电流为零时再次开通。这种控制使得电感电流为临界电流工作状态。检测开关管流过电流，将所得电压信号送入MC33262内部的零电流比较器。该比较器电流基准值山乘法器输出供给。乘法器冇两个输入，一个是变换器输出电压与基准电压之间的误差信号；另一个为全波整流后输出电压采样值。因此电流棊准为双半波正弦电压，令电感电流的峰值包络线跟踪该输入电压的波形，使输入电流与输入电压同相位，并接近正弦。当输出电压上升时，误差放大器输出电压下降，使乘法器输出的基准电流

6、值下降，开关管的导通时间缩短，流过电感的电流下降，从而使输出电压下降。反之，使输出电压上刃-，以达到稳定输出电压的目的。山于乘法器输入収样來自全桥整流的输出，所以乘法器的输出和全桥整流输出电压波形的相位相同，从而使电感电流的平均值和整流输出电压同相，达到功率因数补偿Z目的。这种控制方式的主耍优点：工作在电流连续状态，开关电流额定值小，电流有效值小，EMI滤波器小；比其它电流控制方法易于实现快速过流保护。需耍注懣的问题是：电感电流的峰值（它是控制的丛准）与高频状态空间平均值之间的误差，在一定时间内相当大，以至无法满足使THD很小的

7、要求，电源电压过零时屯流失真较大；控制电路复杂，需检测开关电流；峰值对噪声相当敏感。该功率因数校正电路同时引入电压和电流反馈，构成一个双环控制系统，具冇整流和稳压功能，即整流要求输入功率因数为0.9以上，实现输入电流整形，使Z成为与电压同相位的标准正弦波，稳压要求输出电压稳定。采用MC33262构成的有源功率因数校止电路的绘人特点是采用零电流导通模式控制，开关MOS管的通、断受控于MC33262芯片内的零电流检测器，当零电流检测器中的电流降为零时，MOS管导通，此时电感L开始储能，电流増加。APFC硬件电路结构输入端电路分析输入

8、瞬间电压保护为了避免输入端电压由于雷电、电感性开关等凶素的影响而产生的电压尖峰对电源造成不利影响，采川金属氧化物压敏电阻并接在交流输入端对瞬态电压进行抑制。压敏电阻起到一个可变阻抗的作用，当高压尖峰瞬间出现在压敏电阻两端时，它的阻抗减小到一个低值，消除了尖峰电压