APFC電路原理介紹及在通信電源系統中的應用

一、引言

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

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

二、APFC電路的基本原理

單相有源功率因數校正電路的控制主要包括應用乘法器的電流連續工作方式（CCM）和射隨器的電流非連續工作方式（DCM）。輸出功率在700W以上電源目前主要以CCM方式為主，主電路拓撲多采用升壓（boost）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(shí)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://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/原理">原理見(jiàn)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)處理轉換成PWM脈沖，控制功率管S導通或關(guān)斷。功率管導通后，電感電流線(xiàn)性上升。當取樣電流與參考電流相等時(shí)，控制器使功率管關(guān)斷，此時(shí)電感的自感電勢使二極管D導通，儲能電感L通過(guò)二極管D對電容C放電，電感電流線(xiàn)性下降。隨后第二個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始，重復上述過(guò)程。通過(guò)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，從而達到功率因數校正的目的。同時(shí)根據輸出電壓反饋，利用乘法器電路來(lái)控制正弦電流，以獲得穩定的電壓輸出。



圖1

三、關(guān)鍵電路設計與實(shí)例

實(shí)例中涉及到的有關(guān)設計數據有：



3.1功率級電路分析

由于穩態(tài)時(shí)一個(gè)周期內電感的平均電壓為零，即維持伏秒平衡，于是有

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D8D9 考慮器件耐壓等因素，可選擇380V。

3.3升壓儲能電感的設計

升壓儲能電感所需電感量是由開(kāi)關(guān)紋波電流設計值決定，若允許較大的紋波，則可減少電感量。最壞情況出現在低電網(wǎng)電壓同時(shí)輸出最大負載時(shí)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(xiàn)路電流的20%左右，即

由式（3）可得