一种有源功率因数校正器的设计与实现

1 引言

在电力电子技术及电子仪器中，所需直流电是南220 V交流电网经整流得到的。交流电源经全波整流后，通常接一个大电容器，以得到波形较为平直的直流电压，但整流器一电容器滤波是一种非线性元件(二极管)和储能元件(电容)的组合。由于整流电路中二极管的非线性，虽然输入交流电压ui是正弦的，但输入交流电流ii波形却产生畸变，呈脉冲状。大量应用整流电路，要求电网供给严重畸变的非正弦电流，由此产生的谐波电流对电网产生危害，导致输入端功率因数下降。为了减小AC—DC交流电路输入端谐波电流形成的噪声及对电网产生的谐波“污染”，保证电网供电质量，提高电网可靠性；为了提高输入端功率因数，以达到节能的效果，必须限制AC—DC交流电路的输入端谐波电流份量。因此体现了功率因数校正(PFC)电路的重要性。

2 有源功率因数校正器原理及工作特性

图1给出有源功率因数校正电路原理。主电路由单相桥式整流器和DC—DC变换器组成，包括电压误差放大器VA，基准电压Vr，电流误差放大器CA，乘法器M及驱动器等，负载可以是开关电源。



主电路的输出电压Vo与基准电压比较后，输入给VA，整流电压Vdc的检测值和VA的输出电压Vo信号共同加到乘法器M的输入端。

M的输出作为电流反馈控制的基准信号，与开关电流iS检测值比较后，经过CA加到逻辑及驱动器上，用以控制开关VTr的通断，使输入电流ii与Vdc的波形基本一致，从而大大减少了电流谐波，提高了输入功率因数，保持Vo的恒定。

3 有源功率因数校正器应用

为便于实现有源功率因数校正器，将其控制电路集成化，即在输入电路和DC/DC变换器之间插入一个变换器，通过特定控制电路使电流跟随电压，并反馈Vo使之稳定，从而使DC/DC变换器实现预稳。

TDAl6888是一种高性能功率因数校正器集成控制器，已广泛应用于许多功率因数校正器中。图2示出具有连续电感电流流过负载的功率因数校正原理图。由桥式整流器VDl～VD4、铝电解电容C3A、C3B、C3C、TDAl6888内的PFC控制器、升压电感L2、升压二极管VD5、功率开关 VQl(MOSFET)和电流传感电阻R6等组成。



当输入交流电压之后，通过高阻R2A、R2B的电流对TDAl6888管脚9上的电解电容C11A充电，只要CllA被充电到管脚9(VCC=11 V)的门限电压的以上，TDAl6888中的PFC控制器被触发启动。C1 lA容量应足够大(至少不低于22μF)，管脚9的电压VCC在下跌到ll V的关断门限电压之前，TDAl6888被激活，为VQl栅极发送驱动脉冲。TDAl6888电源电压由L2的辅助绕组AUXl、C18和VDll、 R28、V02及CIlA组成。在VQl漏极通过VD6和C4和VQl栅极驱动电路相连，当直流母线电压出现一个过冲电压时，通过VD6在100 us之内被检测，并使因过冲电压而停止工作的升压开关VOI开始运行。在TDAl6888待机工作时，直流母线电压仍保持在正常的电平上。如果DC直流母线电压低于正常值，则TDAl6888依靠VD6和R2启动。当TDAl6888的第一个过门限电压产生时，即直流母线电压比设定值380V高出10％时，为第一个过门限电压，通过TDAl6888内的OTA2和乘法器关断VQl，以阻止DC母总线电压的升高。当TDAl6888的第二个过门限电压产生时，直流母线电压比设定值380V高出20％时，为第二个过门限电压，则TDAl6888迅速关闭PFC输出，并与输入端的压敏电阻R30相结合，执行过电压保护功能。



系统工作频率由连接到TDAl6888的16引脚(ROSC)上的电阻R24决定。当R24=1lOkΩ时，fPFC=50kHz；当R24=5l kΩ时，fPFC=100 kHz。本试验选取R24=110 kΩ。

4 结语

由TDAl6888内的PFC控制器组成的有源PFC升压变换器，具有下述功能：一是在交流输入端产生与交流输入电压同相位的正弦电流波形(如图3)，具有低谐波畸变和几乎接近于l的高功率因数；二是输出不随交流输入电压波动变化的高稳定的直流电压。

对开关电源来讲，功率因数校正技术是一门新兴技术，它对提高开关电源效率发挥了重要的作用。从控制技术上来讲，软开关技术、PFC技术是提高电源品质的关键，有关研究正处于迅涑发展中。