基于Vicor HAM 模块的PFC电源设计

块、辅助电路以及V375A48E600BL模块构成一款PFC电源。该电源交流输入电压为110~264VAC。标称直流输出电压为48V。输出可调节范围为-90%~+10%。最大输出功率为600W。输出纹波小于50mVpp。谐波衰减满足GJB151A-97中CE101项目的要求。

PFC电源电路原理图如图4所示，其中模块Z1、Z2、Z3分别为Vicor30205滤波器、VI-HAM-EL模块和V375A48E600BLDCDC转换器。

模块Z1对交流输入电压进行滤波，由于Vicor30205滤波器内置压敏电阻、差模滤波器和共模滤波器等器件，因此可以抑制输入交流电压的瞬变浪涌，减少输入差模噪声和共模噪声。模块Z2将经模块Z1滤波的输入交流电压转换为375V直流电压，并且调整输入电流波形使之与输入电压波形一致。模块Z2的直流输出作为模块Z3的输入，同时对储能电容C1进行充电。在储能电容C1未充满电之前，模块Z2的使能输出端（E/O）为低电平，待储能电容C1充满电后，使能输出端（E/O）跳变为高电平。当直流电压正常输入后，模块Z3便将375V直流电压转换为48V直流电压输出，同时模块Z3的初级控制端（PC）可对外提供直流5.7V的控制电压，其最大电流为3mA。若将初级控制端（PC）电压拉低至小于2.3V，模块Z3便无法工作对外无电压输出。

模块Z2的使能输出端（E/O）通过电阻R3和二极管D2与模块Z3的初级控制端（PC）相连，使得模块Z3在储能电容C1未充满电之前不工作，从而无直流电压输出。R1是上拉电阻，它通过模块Z2的使能输出端（E/O）与辅助电源端（A/S）与相连，以保证使能输出端（E/O）输出正常。D1为稳压二极管以稳定模块Z2的使能输出端（E/O）的高电平。R2为储能电容C1的泄放电阻。D3为肖特基二极管，用以防止瞬变浪涌保护后续模块。C2~C4为不同耐压的X电容，用来抑制差模干扰。C5~C8为Y电容，用来抑制共模干扰。F1和F2为保险丝。

图4PFC电源原理图

3实验结果

在实验室中对PFC电源样机进行输入电流谐波测量，其测量示意图如图5所示，按照GJB152A-97标准中CE101项目，即25Hz~10kHz电源线传导发射的测试方法进行布置和测量。为了避免市电电网中的干扰影响测量精度，实验室测量采用信号源和功率放大器所产生频率为50Hz，幅度为622VPP的输出信号模拟市电电网供电，模拟市电电网交流电经过LISN电源网络作为PFC电源样机的交流输入电压。

采用FLUCK公司i200s交流电流钳采集PFC电源样机的交流输入电流，然后将i200s交流电流钳输出信号（电压信号）通过数据采集器送入计算机。计算机程序通过不同中心频率的滤波器分析处理后，得到基波以及各次谐波的信号幅度。

由于偶次谐波的信号幅度远远小于奇次谐波的信号幅度，故计算机程序对偶次谐波信号不进行测量。以基波信号幅度作为基准，计算各奇次谐波信号幅度的衰减分贝数，即为谐波电流相对于基波电流的衰减分贝数。

根据GJB151A-97中CE101-2项目中极限值的规定，当输入电源功率小于1kW时以图6中曲线abc作为极限。

GJB151A-97中以均已1μA为基准，为了方便对比谐波衰减幅度，取基波电流为0dB。测量结果如图6所示，其中粗实线为极限基准，细实线为负载为120Ω时的测量曲线，细虚线为负载为50Ω时的测量曲线。由于受到数据采集器的限制，频率在3kHz以上的谐波幅度无法准确测量，且此频率以上的谐波幅度远远小于3次谐波和5次谐波，故在图6中省略。从图6中可知该PFC电源在3kHz以下的频段上谐波衰减均在曲线abc以下，从5次谐波（250Hz）开始均在曲线dbc（输入电功率大于1kW极限）以下。若增加图4中C1的容量或者使PFC电源样机满功率输出，有望使3次谐波也在曲线dbc以下。由此可验证所设计的PFC电源样机完全可以达到GJB151A-97中CE101-2项目中极限值的要求。如果依靠多个600W的PFC电源，就有可能研制出功率大于1kW并且满足GJB151A-97中CE101标准的PFC电源。

图5测量示意图

图6谐波衰减测量结果

4结论

本文主要介绍了VicorHAM模块的工作原理，并以该模块为核心设计一款PFC电源样机，通过实验证明该PFC电源样机符合GJB151A-97中CE101的标准。VicorHAM模块具有体积小，输出功率高，可靠性高等特点，且外围电路简单，配合不同的DCDC转换器可方便的设计出不同直流电压输出的PFC电源，因此利用模块设计PFC电源具有广泛的工程参考价值。