连续调制模式功率因数校正器的设计

较好的折中。本设计中开关频率选择为50kHz，这样电感量的大小合理，尖峰失真小，电感的物理尺寸较小，MOSFET和Boost Diode上的功率耗损也不会过多。在更高功率的PFC设计中，适当降低开关频率可以降低开关损耗。振荡器的工作频率由式（1）决定。

fs=（1）

　　2.3 Boost电感的选择

　　电感决定了输入电流纹波的大小，它的电感量由规定的纹波电流给出。

　　最大峰值电流出现在最小线路电压的峰值处，并由式（2）给定。

ILINE(PK)=×P／Vinmin（2）

　　电感器中的峰-峰值纹波电流，通常选择在最大峰值线路电流的20％左右，即

ΔI=ILINE(PK)×20％（3）

　　最低输入电压峰值时的占空比为

D=（4）

　　因此，电感的取值应该满足

L>（5）

　　2.4 输出电容的选择

　　选择输出电容器时应考虑以下因素：开关频率的纹波电流、二次谐波电流、直流输出电压、纹波输出电压和维持时间等。

　　维持时间Δt是指输入电源被关闭后，输出电压仍然保持在规定范围内的时间长度，其典型值一般为15～50ms，在这个原则下，选取的电容要保证

CO>（6）

　　2.5 开关管及升压二级管的选择

　　开关管和升压二极管必须要有足够的额度来保证电路的可靠运行。开关管的额定电流必须大于电感上电流的最大峰值，并留有一定的裕度，对于升压二极管也是同样。升压二极管的trr必须足够小以减少开关管开通瞬间的损耗，同时使二极管的损耗减小。为降低二极管的trr，可以采用两只300V的快恢复二极管串联的方法，并上高阻值的电阻来保持电压平衡。

　　2.6 电流检测电阻的选择

IPK(max)=ILINE(PK)＋（7）

RS=（8）

　　一般选择1V的电阻压降，既可以有较好的抗噪声能力,又不会产生太大的损耗。

　　2.7 乘法器的设置

　　乘法器是功率因数校正的核心。乘法器的输出作为电流环调节器的输入，通过控制输入电流以得到高的功率因数。因此，乘法器的输出是一个表达输入电流的信号，其表达式为

IMO=（9）

　　式中：IMO为乘法器的输出电流；IAC为乘法器的输入电流；VVEA为电压误差放大器输出；Vff为前馈电压；KM为等于1的常数。

　　2.8 电流控制环路的设计

　　电流环开环为一阶积分系统，如图6所示。为使系统稳定地运行，必须对电流环路进行补偿。电流调节器的零点必须处于或小于最大截止频率fCI，此时系统刚好有45°的相角裕量。为了消除系统在开关频率处对噪声的敏感，应在电流调节器中引入一个极点，极点的频率为1/2开关频率，当极点频率大于1/2开关频率时，极点就不会对电流环路的频率响应产生影响。因此在设计电流环时应满足以下特性：

　　1）电流环开环为一阶积分系统，应有尽可能高的低频增益以减小稳态误差；

　　2）环路应有尽可能高的穿越频率，以实现快速跟随；

　　3）环路在开关频率处应呈现衰减特性，以消除环路中的开关噪声；

　　4）环路应有足够的稳定裕量，使电路具有强鲁棒性。

图6 APFC电路示意图（电流环）

　　2.9 电压控制环路的设计

　　为了电路稳定地工作，必须对电压控制环进行补偿，但因为电压控制环路的带宽比开关频率要小，所以对电压控制环路的要求，主要是为了保证输入失真最小。首先，环路的带宽必须足够低，以衰减输出电容上电网频率的二次谐波，保证输入电流的调制量较小；其次，电压误差放大器必须有足够的相移，使得调制出的信号能够与输入电压保持同相，从而获得较高的功率因数。

　　电压环开环为一阶积分系统，如图7所示。为了减少二次谐波电流引起的失真，电压误差放大器须引入一个极点进行补偿，以减小谐波电压的幅度并提供90°的相移。电压环的最低截止频率为

fVI=（10）

图7 APFC电路示意图（电压环）

　　其带宽的典型值为10～30Hz，相角裕量为45～70°。在实际的设计中，为使输出电压的稳定性好，在选取截止频率时应选的略高些，电压环有略大于45°的相角裕量。

　　3 实验数据及波形

　　对用上述参数设计的APFC电路进行了性能测试，输入电压范围为150～265V，最大输出功率接近2200W，图8、图9及表1给出了实验数据及部分测试波形。

图8 PFC输入电压及电流波形

图9 启动时输出电压波形

表1 实验数据

　　实验表明应用该方案所设计的APFC电路工作稳定，可以很好地完成设计要求：输入电流的瞬时值跟随输入电压的瞬时值，电流波形近似为正弦波，并且和电压波形同相位，电路的功率因数（PF）达到0.99以上，且总谐波失真（THD）<10％；当负载变化时，直流输出端的电压值基本保持恒定；当交流输入端的电压发生变化时，负载功率基本保持恒定。

　　5 结语

本文基于Boost电路拓扑，采用连续调制模式（CCM）的平均电流型控制方式，选择UC3854A作为控制核心来设计有源功率因数校正电路。实验证明此方案在中等以上功率的应用中，