功率因数校正电路PFC电路图

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1、功率因数校正电路功率因数校正电路 PFC 电路图电路图功率因数校正电路 PFC 电路图图 2 为图 1 中功率因数校正电路（PFC）的简化电路。它对图 1 的输入交流电压进行整流和调节。该 PFC电路包括浪涌电流抑制电路，全波整流桥，滤波电路，扼流电感 L1，PFC 集成块（N1），场效应晶体管MOSFET（Q1），输出滤波和反馈网络以及由若干个电阻、电容及二极管组成的网络。该 PFC 电路把 220V/50Hz 交流电压变成 DC 电压，其线路输入功率因数接近于 1。桥式整流电路的输出从 X6 处接到控制电路，经变换后为其提供 12VDC 电压。 经滤波后的直流电压接到扼流电感 L1，该电感

2、和 Q1（由芯片 N1 驱动）以及滤波电容 C1 一起把线路输入功率因数提高到接近于 1。 PFCPFC 的应用：的应用：2kW2kW 有源功率因数校正电路设计有源功率因数校正电路设计时间：2010-03-18 950 次阅读 【网友评论 0 条 我要评论】 收藏 1 1 引言引言目前家用电器的功率前级多采用二极管全桥整流方式，这会造成电网谐波污染， 功率因数下降，无功分量主要为高次谐波，其中三次谐波幅度约为基波幅度的 95，五次谐波幅度约为基波幅度的 70七次谐波幅度约为基波幅度的 45。高次谐波会对电网造成危害，使用电设备的输入端功率因数下降，而且 产生很强的电磁干扰(EMI)，对电网和其

3、他用电设备的安全运行造成潜在危害。有源功率因数校正电路(Active Power Factor Corrector，APFC)可将电源的输 入电流变换为与输入市电同相位的正弦波，从而提高电器设备的功率因数，减少对电网的谐波污染。理论上，降压式(Buck)、升压式(Boost)、升降压式 (Boost-Buck)以及反激式(Flyback)等变换器拓扑都可作为 APFC 的主电路。其 中，Boost APFC 是简单电流型控制，功率因数值高，总谐波失真小，效率高， 但输出电压高于输入电压，适用于 752 000 W 功率电源，应用广泛。因为升 压式 APFC 的电感电流连续，储能电感可作为滤波器

4、抑制射频干扰(RFI)和 EMI 噪声，并防止电网对主电路的高频瞬态冲击电路有升压斩波电路，输出电压 大于输入电压峰值，电源允许的输入电压范围扩大，通常可达 90270 V，提 高电源的适应性，且升压式 APFC 控制简单，适用的功率范围宽。因此，这里提 出了一种基于 Boost 电路拓扑，以 TDA16888 为控制核心的 2 kW 有源功率因数 校正电路，该电路可将功率因数提高到 O99 以上。2 2 BoostBoost APFCAPFC 电路原理电路原理常用于实现常用于实现 BoostBoost APFCAPFC 的控制方法有以下的控制方法有以下 3 3 种：种：(1)电流峰值控制 开

5、关频率固定，工作在电流连续模式(CCM)下，采用 Boost 电 路结构，通过检测开关电流控制。该方法电感电流的峰值(控制的基准)对噪声 敏感，容易产生控制误差。(2)电流滞环控制 开关频率可变，工作在 CCM 下，采用 Boost 电路结构，通过 检测电感电流控制。该方法的负载大小对开关频率的影响较大，由于开关频率 的变化幅度大，设计输出滤波器时，需按最低开关频率考虑，故难以得到体积 和重量最小的设计。(3)平均电流控制 开关频率固定，工作模式任意，通过检测电感电流控制，需 要放大电流误差信号。这种方法的工频电流的峰值是高频电流的平均值，高频 电流的峰值比工频电流的峰值更高，总谐波畸变(TH

6、D)很小，对噪声不敏感，电 感电流峰值与平均值之间的误差小，可工作于 CCM 和 DCM 模式下，适合于任何 拓扑。综合考虑，本设计采用电压电流双闭环的平均电流控制模式，图 1 为其原理图。图 1 中，检测到电感电流 iL，则得到信号 iLR1，将该信号送入电流误差放大器 CA 中，电流基准值由乘法器输出 z，乘法器有两个输入，一个为 x，是输出电 压 Vo/H 与基准电压 Vref 之间的误差信号；另一个输入 y，为电压 DC 的检测值 VDC/K，VDC 为输入正弦电压的全波整流值。平均电流法的电流环调节输入电流平均值，使其与输入整流电压同相位，接近 正弦波形。输入电流信号被直接检测，与基

7、准电流比较后其高频分量的变化 通过电流误差放大器，被平均化处理。放大后的平均电流误差与锯齿波斜坡比 较后，给开关 Tr 驱动信号，并决定其占空比，从而迅速而精确地校正电流误差。 由于电流环具有较高的增益一带宽(gain-banelwidth)，使跟踪误差产生的畸变 小于 1，容易实现接近于 1 的功率因数。校正后的输入电压 Vi、电流 ii 的波 形如图 2 所示。3 3 APFCAPFC 电路设计电路设计这里采用 Siemens 公司的 PFC 控制器件 TDA16888 设计 APFC 电路。设计的主要 指标参数有：交流输入电压为 90220 V；直流输出电压为 380 V；输出功率高于

8、2 kW；功率因数大于 099；变换器效率高于 90。Boost APFC 电路原理图 如图 3 所示。 主回路采用 Boost 电路结构，主要由电感 L2，二极管 VD1、VD2，开关管 VQ1， 输出主线滤波电容 C14 组成。输入电路由滤波电感 L1、滤波电容 C1、整流桥 B1、压敏电阻 R4、热敏电阻 R1 组成。L11 和 C3 构成滤波网络。控制电路由 TDA16888 及其外部元件组成，外围电路包括电流检测电路(由 R9 组成)，输入 电压取样电路(由 R6、R7 组成)，输出电压反馈电路(由 R17、R18、R19 和 R20 组成)，反馈回路为 PI 控制器，电压环 PI

9、控制器由 C9、C10、R24 组成，电流 环 PI 控制器由 C6、C7、R22 组成。控制器工作频率由电阻 R26 决定，R26 值越 大，则其工作频率越小，R26 取值 51 k，工作频率为 100 kHz。根据功率要求，功率电路的功率器件选择如下：Boost 电感 L2 取值 470H；开 关管 VQ1 为 IRFP460，其主要参数为：漏-源极最小击穿电压 500 V，漏-源极的 最大导通电阻为 O27 ，最大导通电流 20 A；整流二极管 VD1 选取肖特基二 极管 STFA806，其主要参数为：反向工作电压 600 V，正向平均工作电流 8 A。 输出电容 C14 取值 2 20

10、0F450 V。 4 4 试验结果试验结果在负载为 2 kW 时 PFC 电路的工作波形如图 4图 5 所示。图 4 为交流输入端电 压、电流波形及电流谐波分析，图中交流输入端电压波形通道为 4、电流波形 通道为 3，电流的谐波分析结果为 D。由图 4 可看出，加入 PFC 电路后，交流输 入电流波形由窄脉冲变为正弦波，与输入电压同相，Boost 变换器近似为纯电 阻，输入电流总谐波量为 45。图 5 为开关驱动波形与电路的输入电流波形。 示波器通道 1 为开关管的驱动波形通道 2 为输入电流波形，由图 5 可见，输 入电流经有源功率因数校正器的校正后，波形几乎达到标准的正弦波，使用单 相功率

11、表(DB3-PF01)测得功率因数超过 099，达到设计要求。在输入电压的 整个范围内及负载变化的情况下也得到类似结果。 5 5 结论结论通过试验看出，采用电压电流双闭环的平均电流控制模式原理能够实现电器设 备的功率因数校正。在某变频空调控制系统增加该功率因数校正电路后，系统 的功率因数明显提高，在保持原输出功率不变的情况下，主回路的滤波电容由 原来的 3 000F 下降为 2 200F，功率模块额定电流下降约 70，从而提高 了元件的利用率。同时，系统的 EMC 指标也得到改善，达到 GB4343-1995 和 GB17625.1-1998 所规定的标准。该设计原理也适用于其他同类型 APFC 控制器 件的电路实现，具有广泛的工程参考价值。