采用升压型APFC技术的AC/DC开关电源变换器设计

1 问题

随着生产的发展和技术的进步，特别是各种具有整流入端的电力电子负载的广泛应用，即各种非线性的、时变的负载和设备的大量涌现，电力系统中产生大量谐波并对电力系统的安全运行产生威胁。电力系统的谐波问题和低功率因数问题，主要由各种中小负载和设备的电子电源和电力电子装置造成的，它们是最严重的污染源。

因此应采用有效的措施，降低电子电源和电力电子装置的谐波，提高功率因数。目前绝大部分电子电源都采用如图1—1a所示的非控二极管整流、滤波大电容和开关稳压电路结构，把AC电源变换成DC电源。这种AC／DC变换电路的输入电压虽为正弦波，但输入电流却发生了畸变，如图1 1b所示，造成电网侧输入电流严重的非正弦化 输入电流非正弦化必然导致电流总谐波失真（THD）高和功率因数（PF）低（这种AC／DC变换器线路功率因数一般只有0．5～0．7，造成的谐波含量很高，仅3次谐波就达6O 以上），影响整个电力系统的电气环境及用电设备的安全经济运行。

2 有源功率因数校正（APFc）原理

提高电子电源的功率因数，抑制其电流谐波畸变，目前有无源校正和有源校正两种方案。无源校正是在电路中串联（或并联）无源LC谐振回路，使电路入端电流接近正弦波；有源校正是在电路中加入有源控制电路，使入端电流在一定程度上可控，从而校正电流波形，实现低谐波，高功率因数；有源校正电路比无源校正电路在效率、重量和成本等方面均有优势。因此对中小功率应用，最有效的措施是采用有源功率因数校正技术。有源校正方案在实现过程中，有降压变换型、升压变换型和反激变换型。其中降压变换型功率因数校正电路的输出电压难于控制}而反激变换型功率因数校正电路的峰值电流比较高，所以功率容量差；升压型功率因数校正电路的输入电压范围宽，一般认为是最合适的电子电源功率因数校正电路。升压型有源功率因数校正技术主要是控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之前，能与整流后的电压波形同相，从而避免了电流脉冲的形成，达到改善功率因数的目的。电路原理如图2—1所示，在工作过程中，输入电感L。中的电流受到连续监控和调节，使之能跟随并与整流后单相正弦电压成比例。通过乘法器实现由输入误差信号V 和输入电压来调控正弦基准电流I 的幅度，从而达到调整输出电压的目的。有源功率因数校正电路尽管作用明显，但控制电路比较复杂，随着电子技术的发展，专用于APFC的Ic电路已对设计高功率因数、低谐波失真的各类电子电路提供了技术支持。

　　3 MC34261的电路结构与特点

MC34261单片Ic主要采用双列直播式8脚塑封，其引脚定义如图3—1所示。

其中脚1（ VFB ）为反馈电压输入端}脚2（COMP）为误差放大器输入端，与脚1接有补偿元件；脚3（MULT IN）为乘法器输入端；脚4（c．S+）为电流传感输入；脚5（I一）为零电流检测输入；脚6（GND）为接地脚；脚7（V。）为PWM 驱动输出端，直接驱动MOSFET；脚8（V ）提供正电源电压。MC34261由内部电源、欠压锁定、误差放大器、一象限乘法器、电流传感比较器、零电流检测器、电流检测逻辑及驱动输出等单元电路组成。内部功能框图如图3—2所示。

MC34261 的启动阀值电压为10土0+8V，启动电流是0．3mA，工作电流典型值是7．1mA，峰值驱动输出电流为0．5A，动耗不大于0．8W。除欠压锁定之外，MC34261的保护功能还包括输出箝位、峰值电流限制等。MC34261属于可变频率不连续电流型功率因数控制Ic。与固定频率不连续电流型控制 Ic比较，MC34261可提供更高的APFC 能力和更低的liD。MC34261的引脚排列和引脚功能与SILICINGENERAl 公司的SG3561A 和三星公司的KA7524相同，性能等效于西门子公司的TDA4817，但引脚排列不同。
以升压型有源功率因数校正IC电路MC34261为基础的（开关）电源变换器的设计思想是把MC34261作为APFC前置调节器，置于二极管整流电路中，监控入端电流，使电流波形跟踪电压波形的变化，调整入端电压、电流的相位，达到抑制电流谐波、提高电源变换器的田4 l 由MC34261控制的AC／OC（开关）电源变换器电路。

其基本工作过程是，工频市电经LC射频 驱动Q再次导通，Q可等效为由Ic控制的开（RF）滤波和桥式整流后，得到正弦半波直流脉 关K，由MC34261控制的APFC开关电源的冲电压。通过 的电流首先向cs充电，当cs 开关特性如图4 2所示。上的电压达到的约10V时，控制器Ic被启动并开始工作。正弦半波直流电压经R 、R 组成的分压器分压通过脚3输入到Ic的一象限乘法器。在滤波大电容c 上的直流输出电压V被电阻分压器