全桥移相大功率开关电源的设计(3)

二、单级功率因数校正单级ＰＦＣ技术的基本思想是将ＰＦＣ变换器和Ｄｃ／ＤＣ变换器合二为～，典型的单级

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ＰＦＣ电路如图２．２所示。两个变换器共用一套开关管和控制电路，因此单级ＰＦＣ技术降低了成本，提高了效率，减小了电路的重量和体积。

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图２．２典型的单级ＰＦＣ变换

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单级ＰＦＣ电路具有许多优点：ＰＦＣ级和ＤＣ／ＤＣ级共用一个开关管，共用一套控制电路，这就使得电路设计大为简捷，降低了硬件成本；变换中能提供任何选定的电压和电流比；由于功率实现的是一次性变换，所以能获得较高的效率和可靠性。单级ＰＦＣ电路正因为具有这些优良的性能而越来越得到广泛的研究和应用。

但是与传统的两级式变换器相比，单级变换器要承受更高的电压应力，有更多的功率损耗。这个问题在开关频率较高时显得尤为突出，而且由于开关工作频率不断提高所带来的电磁干扰问题也日益严重，显著影响了变换器工作的可靠性和频率的提高。单级方案中还存在储能电容电压过高的情况，而且储能电容电压随着输入电压及负载的变化而升高，这将会导致电路的稳态特性受到一定的影响，同时某些元器件的体积成本会有所提高，这都是期待解决的问题【９】【１０】。所以对于小功率的场合，由于成本及体积的限制，一般采用单级功率因数校正电路。

综上所述，根据两种电路结构的特征和变换器的性能指标，变换器要求输出的电压稳定，而且动态性能较好，即在空载至满载的情况下，输出电压都必须在２４ｖ，纹波电压不超过２Ｖ，所以电路选择两级的结构来实现，则电路的总体结构框图为下面图２—３所不。

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因数控制电路ＵＣ３８７５ＰＷＭ移相控制电路过电压、过电流保护

图２．３总体结构框图

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第二章全桥移相大功率开关电源的方案的确定

２．２功率因数校正电路ＰＦＣ的设计方案

２．２．１ＰＦＣ的实现方法

功率因数校正电路分可为无源功率因数校正（ＰＰＦＣ）和有源功率因数校正（ＡＰＦＣ）两大类。无源校萨电路通常采用无源元件电感、电容组成低通、带通滤波器，工作在交流输入电的工作频率，将输入电流波形进行相移和整形。虽然无源功率因数校正电路的电路结构简单，得到的功率因数不如有源功率因数校正电路那么高，但仍然可以使功率因数提高到０．７．０．８，但是出于工作在输入电的低频率下，电感、电容的体积就比较大，因而组成的无源功率因数校正电路部分的体积可能比较大，且它的补偿特性易受电网阻抗、负载特性的影响，会由于和电网阻抗发生谐振而造成电路元件的损坏，不能对谐波和无功功率实现动态补偿，因而它只能在中小功率电源中被广泛采用【７１【ｌｌｌ。

有源功率因数校Ｊ下电路自上世纪９０年代以来得到了迅速推广。它是在桥式整流器与输出电容滤波器之间加入一个功率变换电路，使功率因数接近于ｌ。有源功率因数校正电路工作于高频开关状态，体积小、重量轻，比无源功率因数校正电路效率高，而且能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿，补偿特性不受电网阻抗和负载阻抗的影响，因而近些年来受到了相当的重视。有源功率因数校正的基本原理就是通过控制电路强迫交流输入电流波形跟踪交流输入电压波形，从而实现交流输入电流正弦化，并与交流输入电压波形同步，其作用相当于一个电阻，所以有源功率因数校正又叫做电阻仿真器（ＲｅｓｉｓｔｏｒＥｍｕｌａｔｏｒ，ＲＥ）。由于半导体制造加工技术的快速进步，分立半导体器件和集成电路的造价不断降低，有源功率因数校正技术由于它技术性能好的优点，得到了越加广泛的应用。

有源功率因数校正的缺点是电路比较复杂，成本较高，响应较慢，输出电压纹波较大等问题，它们的实际应用受到一定的局限。但是有源功率因数校正的效果好，所以得到了广泛的应用。

由于ＡＰＦＣ电路要求既能控制输入电流波形呈正弦波，又要能够对输出电压进行稳定控制，也就是说，需要同时满足两个相互矛盾的特性，就必然会造成瞬态响应的恶化。例如传统的开关电源在负载和电网电压变化时，能瞬间改变脉冲宽度，使输出电压保持恒定。而ＡＰＦＣ电路却需要把输入交流波形调节成正弦波，所以至少要延迟半个周期的时间来保持同一控制方式，其结果必然会造成输出电压稳定时间的恶化，脉动电压也会增大，比传统的开关电源的脉动电压会大数十倍【ｌｌＪ。但是此系统设计方案是采用两级ＰＦｃ结构，前级输出电压脉动较大对后级Ｄｃ／ＤＣ变换的影响不大，后级变换对输入直流电压允许一定的波动，前级输出电压的波动绝对满足要求，所以本系统中前级采用有源功率因数校正法。

２．２．２ＡＰＦＣ的拓扑结构

从原理上说，任何一种Ｄｃ／Ｄｃ变换器拓扑，都可以作为ＰＦＣ的主电路。常见的功率因数校正器的基本电路有：Ｂｕｃｋ（降压式）、Ｂｏｏｓｔ（升压式）、Ｂｕｃｋ．Ｂ００ｓｔ（降／升压式）、Ｃｕｋ、Ｆ１ｙｂａｃｋ（反激式）等变换器【９】。７

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图２４几种常见的ＰＦＣ电路的拓扑

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这几种ＰＦＣ拓扑结构的特点如下：

Ｂｕｃｋ（降压式）：只能实现降压功能，输入电流不连续，噪声纹波大，滤波困难，开关管上电压应力大。

Ｂｕｃｋ．Ｂｏｏｓｔ（降／升压式）：需要两个电子开关，用一个开关控制驱动，电路比较复杂，一般只应用在中小功率输出场合。

ＦｌＶｂａｃｋ（反激式）：输入、输出之间隔离，输出电压可以任意选择，属于简单电压型控制器，适合于１５０Ｗ以下的功率要求。

Ｂｏｏｓｔ（升压式）：电感电流连续，电流畸变率小，储能电感可作滤波器抑制ＲＦＩ（射频干扰）和ＥＭＩ（电磁干扰）噪声，并可防止电网对主电路的高频瞬态冲击，由于电路有升压斩波电路，输出电压高于输入电压峰值，电源允许的输入电压范围扩大，通常可以达到９０．２７０Ｖ，提高了电源的适应性【ｌｏ】【１２１。升压式ＰＦＣ控制简单，适用于１００．２０００Ｗ的功率要求，应用最为普遍，本系统中Ｂｏｏｓｔ升压结构是我们选择的方案。

２．２．３ＡＰＦＣ的控制方法

在有源功率因数校正电路中，主电路采用了Ｂｏｏｓｔ拓扑结构，加上ＰＦＣ控制器，这样就构成了ＢｏｏｓｔＡＰＦＣ电路。Ｂｏ …… 此处隐藏：2186字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……