一種小功率單級功率因數校正電路

摘要：討論一種單級功率因數校正電路的原理，并分析其實(shí)驗結果。

關(guān)鍵詞：單級功率因數

　　A Low Power Single－ stage Converter to Improve Power Factor

Abstract: The paper introduces the operating principle of a low power single－ stage converter to improve

power factor, analyses the result of experiment.

Keywords:Single－ stage Power factor

1引言

　　對于較小功率的變換器，若采用復雜的功率因數校正電路來(lái)提高源側功率因數，會(huì )導致成本增加，失去應用價(jià)值。本文所討論的電路為采用升壓電感和雙正激電路組合的方式，完成功率因數校正和功率輸出。

2電路原理

　　電路原理圖如圖1所示。圖中L1，VD2，VD3，開(kāi)關(guān)管S1和儲能電容C1組成了一個(gè)工作于DCM(電流斷續工作方式)的升壓（BOOST）變換器。

圖1電路原理圖

　　該電路采用一塊UC3845作為控制芯片，反饋信號來(lái)自輸出端。UC3845的驅動(dòng)信號經(jīng)過(guò)一個(gè)小變壓器，變?yōu)閮陕吠辔坏尿寗?dòng)信號，分別驅動(dòng)兩只開(kāi)關(guān)管S1和S2。由于沒(méi)有電流取樣，電路只能工作于DCM方式，否則電路中電流會(huì )失控。該電路首先要保證輸出穩壓，故占空比變化不大，電流波形如圖2所示。

圖2電流斷續控制模式（DCM）

　　在DCM方式下，每一開(kāi)關(guān)周期T內，輸入電流的峰值ip為：

ip=Uin×D×T/L1(1)

式中:D—占空比T—開(kāi)關(guān)周期

Uin—輸入電壓L1—輸入電感

在每一開(kāi)關(guān)周期T內平均輸入電流iave為：

iave=ipD=UinD2T/L1（2）

　　由于開(kāi)關(guān)頻率足夠高，可以認為在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內Uin是不變的。當占空比和開(kāi)關(guān)頻率不變時(shí)，輸入電流的平均值正比于輸入電壓，它可以自動(dòng)跟蹤輸入電壓呈正弦波形，從而起到功率因數校正的作用。

　　在DCM方式下，應滿(mǎn)足：

Uin×ton≤(Uc－Uin)×toff（3）

式中:Uin—輸入電壓；ton—導通時(shí)間；

Uc—電容C1電壓；toff—關(guān)斷時(shí)間。

當上式取等號時(shí)，有最大占空比

Dmax=ton/(ton＋toff)=(Uc－Uin)/Uc（4）

電容電壓Uc受電容器耐壓值及成本的限制，不能取得太高，這里取430V。根據國內電網(wǎng)的情況，當輸入電壓有效值為260V時(shí)，占空比Dmax=(430－260×1.414)/430=14.5％?？梢?jiàn)，這時(shí)的占空比很小，這會(huì )加大主電路開(kāi)關(guān)管的損耗，同時(shí)要求儲能元件的容量很大，元器件利用率低，整體效率低。

　　為了提高占空比，從變壓器引出一個(gè)繞組N2，按圖1所示的極性串于電路中。此時(shí)，由公式(Uin＋UN2)×ton≤(Uc－Uin＋UN2)×toff可推出最大占空比

Dmax=(Uc－Uin＋UN2)/(Uc＋2UN2)(5)

取UN2=70V，則當輸入電壓為260V有效值時(shí)，占空比

Dmax=(430－260×1.414＋70)/(430＋2×70)

=23.2％(6)

若取UN2=100V，則當輸入電壓為260V有效值時(shí)，占空比

Dmax=(430－260×1.414＋100)/(430＋2×100)

=25.8％（7）

可見(jiàn)，占空比提高了許多，這對于改善電路性能很有好處。

　　另外，繞組N2的加入，可使當輸入電壓Uin較小時(shí)，相對增大輸入電流i，由于整個(gè)電流平均值iave不變，故電流的峰值必然下降，從而使電流波形更接近正弦波，有助于提高功率因數。

3工作狀態(tài)分析

　　為了分析方便，將變換器在一個(gè)工作周期內的工作情況分為三個(gè)階段，如圖3所示。

圖3工作周期示意圖