电源：一种高功率因数反激AC/DC变换器

态等效电路

图7　TDA16846启动电路

模态5

在

时刻，

下降到零，

自然关断，变压器原边绕组电压为零，电容

的电压

加到二极管

上，使二极管承受反压关断。等效电路如图6(e)所示，输入电感电流

通过变压器原变电感给电容

充电。该模态结束在

时刻，接下来下一个模态开始。

三.驱动电路

本文在设计时采用德国西门子公司的TDA16846芯片来驱动开关管。该芯片复合了PWM和PFC的功能，支持电荷泵电路，具有高效、简易、可靠的特性[4]。该芯片有自由振荡和固定频率两种方式，本文采用固定频率方式来控制开关管。该芯片具有以下特点：

1. 无需专门的启动电路

TDA16846不需要单独的启动电路，而是通过芯片内部与2脚相连的二极管来启动的。其内部局部结构如图7所示(在电路中采用变压器辅助绕组给TDA16846供电)。下面分析该芯片的启动过程。当接通电源时，由于开关不动作，变压器的辅助绕组不能给芯片提供能量，芯片不能工作。而母线电压

通过

、芯片2脚及其内部二极管

给电容

充电。当电容

上的电压达到芯片的启动电压时，芯片启动，电路开始工作。芯片再由变压器的辅助绕组通过

来供电。从上面的分析可以看出TDA16846不需要附加复杂启动电路就可以启动，结构简单。

2. 原边电流模拟和电流限制功能

TDA16846可以通过2脚外接的电阻和电容来检测并限制开关管的电流。由于开关管导通时母线电压通过

给

充电，开关管关断时芯片2脚电压

被限制在1.5V，所以

充电时间和开关导通的时间基本一致，可以设电容

充电时间为

。电容

的充电电流可以近似表示为：

(

相对于

可以忽略)。则充电后的

为：

(1)

电感

也可以认为在开关导通期间，电流值为：

(2)

由式(1)和式(2)可以得到：

(3)

式(3)可以计算出开关管中可以流过的最大电流。控制电压40的最大值是芯片内部基准参考电压5V，当

超过了5，则驱动电路关断，进行电流限制。

四，仿真和试验结果

为了验证上述理论的可行性，仿照图4的电路制作了一台电荷泵高功率因数AC/DC变换器(由于电路复杂，一些辅助电路和控制电路未画出)。其主要参数如下：

图8是用Simetrix软件对电路仿真的输入电流和电压波形，可以看出输入电流波形已经不再是尖峰脉冲波，而是良好的正弦波。

采用基于HP I/O库建立的虚拟仪器测试平台测量了电路的功率因数及谐波，图9是输入电压和电流的波形，图10是输入电流的谐波频谱图。可以测得该电路的功率因数为0.972，总谐波畸变率为24.29%;电路的输出电压

，满足开关电源的要求。

图8 输入电压、电流的仿真波形

图9 输入电压、电流的实验波形

图10　输入电流的谐波频谱图

五.结论

通过上述的理论分析和实验研究表明，由高频电荷泵和反激变换器结合的AC/DC变换器电路，结构简单，性能优良，成本低，并且能够达到接近于1的功率因数和符合国际标准IEC1000-3-2的谐波含量，在中小功率的电力电子设备中有很广阔的应用前景。

参考文献

[1] 严百平, 刘　建. 不连续导电模式高功率因数开关电源[M]. 北京: 科学出版社, 2000.

[2] Qian Jinrong and Lee Fred C. Charge pump power-factor-correction technologies[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2000,15(1):121-128.

[3]张卫平等. 绿色电源-现代电能变换技术及应用[M]. 北京: 科学出版社, 2001.

[4]刘胜利.　现代高频开关电源实用技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2001.9