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1、UC3854控制之功率因数修正器重路IS言十PHILIPC.TODD摘要道他鹰用手册明功率因数修正的概念典它的开屋型前端湖器的IS言十。本手册包含了功率因数修正的重要规格、升屋型樽换器的功率ft路1S言十典控制此一樽换器的UC3854稹Hit路明。本文符提供完整的段言十谩程，同畤!筑明了段言十谩程中所必行的斟酌典考量。本文所提到的段言十流程逾用於UC3854A/B以及UC3854。您可以参考Unitrod公司所出品的鼓#手册DN-39以了解某些本文未提到的主题。虽隹然本文没有言寸谪到适些部分，但是在迤行段言十畤遢是必i（考量适些部分的。本篇鹰用手册是用以作悬取代鹰用手册U-125”使用UC38
2、54的功率因数修正器”之用。、户-刖百主勤式功因修正器的主要功能就是使ft源供鹰器的输入功因彳正悬1.0,即使得18源供鹰器把功因修正器的输入端视悬一（018阻。而主勤式功因修正器主要是利用18流的簪鹰随著H屋的建化而跟著增大典减小的方式来完成道（0功能。常重屋典18流的建勤比悬一（0定值畤，巾俞入端符呈？118阻性且此畤的功率因数符连到1.0。若道他建勤比不再是一他定值，却叫俞入的波形符生相位差或帮波失真，而适些建化符曾降低功率因数。一般封功率因数的定羲是功率典祝在功率的比例，即P是巾俞入功率的功率，Vrms典Irms是H戴的H屋典ft流均方根值，也就是文中所提到的功因修正器巾俞入H屋典18
3、流均方根值。若H戴是一（018阻，功率典HJlfS流均方根值的乘稹符曾是相同的，且此畤的功率符曾是1.0；若H戴不是一（018阻，JW功因符曾低於1.0。相移量的大小主要是反鹰了主勤式功因修正器的巾俞入ft抗大小，任何像是18感或ft容的ft抗皆曾造成巾俞入ft流相封於巾俞入重屋的相位改建。HJlfS流的相位差也是一槿功率因数典型的定羲，即功率因数等於H屋典ft流相角差的绘弦函数H屋典ft流的相角差也反映出虚功率的大小。如果H戴的ft抗只估H载阻抗的一小部份，刖相位差符曾很小。常巾俞入端因前H信虢或控制退路造成相移畤，主勤式功因修正器可封巾俞入18流生一（0相位修正的效果。止匕外，交流A0的流
4、滤波器也可能曾造成相位移。谐波失真率反映出主勤式功因修正器巾俞入阻抗中的非性成分。任何巾俞入阻抗的堤勤（以巾俞入H屋的函数呈？I）符曾造成巾俞入18流的帮波失真，而此帮波失真也是造成低功率因数的原因之一。谐波失真符曾造成巾俞入ft流均方根值的增加，但不曾增加输入的功率。也因此一他I非性的负载符曾造成不好的功率因数，其原因是系统需要巾俞入敕高的18流但巾俞出功率郤很低。如果非性的成分敕小的IS,刖谐波失真也曾相封的减小。主勤式功因修正器的失真主要有黑他生成的原因：前信虢、回授控制的朗迪路、巾俞出18容、系统18感及巾俞入的槁式整流器。Power Factor Versus DistcTcial
5、Harmorse DtEiodion in Percert。k，0o.表1I（0主勤式功因修正器可以易的连到一（0很高的功率因数，一般而言皆逮高於0.9以上。但功率因数不曾随著帮波失真或18流波型的改建而有明K的建化，所以比直接觐察功率因数的大小更方便的方法，是利用下列黑（0数值来考量。例如：3%的帮波失真其功因悬0.999;30%帮波失真的重流其功因仍有0.95;典重屋相差25度的雷流其功因悬0.90。以目前的,Ulf重力品H的全球性襟型黜多以群余田列出巾俞入流上每一（K!g段的最大容忍帮波量的方式来制言了襟型。IEC555-2U定了15次帮波之前的每一他帮波奥15次之彳爰的波相封的18流帮
6、波容音午量。表一列出了在本文完成畤，IEC555-2所列出的帮波需求。包含了雨（0部份的祝乾：相封的18流帮波量以及波量的最大值，道雨（0限制都逾用於所有的1K借。道他表主要是拿来作帮波失真规靶的例子，尚瓢法作悬IS言十畤的规格参考。道是因悬IEC在目前尚也未提出IEC555的最彳爰版本，因此此一襟型仍可能曾有大幅度的修改。主S&式功因修正封於一他主勤式功因修正器的功率级ft路而言，升屋型湖器是一他趣佳的逗撵，其主要的原因是此架横的巾俞入ft流是逋的，也因此它生敕低的健醇性干援典最好的巾俞入ft流波形。然而开屋型湖器的缺黑占就是它的巾俞出需要是一他高HM,也就是巾俞出H屋需要高於巾俞入的58期
7、峰值重屋。鹰用在主勤式功因修正用途上的开屋型湖器具巾俞入18流波形必i（典巾俞入重屋波形成正比。因此必须使用回授控制来连到此一目的，公/X1高功率因数ft路的基本黜熊可以探用的方法包括峰值18流模式控制法或者是平均18流模式控制法等。造雨槿控制技衍都可利用UC3854WSo峰值ft流模式控制法在ft流回授簪鹰上的低增益典高JigSE的特性使造槿控制法不逾用於高性能的主勤式功因修正器，因悬此方法的ft流命令典除18流的IS差敕大。此一垣象也符曾造成帮波失真典敕差的功率因数平均ft流模式控制法主要是利用一（0曾罩的概念，就是在开屋型湖器功率H路上再外加一（0由放大器ft路横成的回授退路，也因此巾俞
8、入ft流招曾以微小的差量追随著ft流命令而建化。以上就是平均18流控制法的僵黑占，也是悬什麽能改善功率因数的原因。平均ft流模式相封来IS是比敕容易的，道也是本文所要描述的方法。vinin=pin=pchg=vDCtchg2湖fflf器前端的波形 3高功率因数 1所示悬升屋型功率因数修正器的ft路方现H,升屋型功率因数修正器的功率ft路部份是典直流/直流升屋型樽换器是相同的。在ft感之前有一（fflt式整流H路封交流巾俞入重屋迤行整流，但交流樽直流用的大型巾俞入ft容已被移到开屋型樽换器的巾俞出在某些ft路中槁式整流ft路彳爰曾接上一（018容值敕小的ft容，此ft容主要是作悬抑制亲隹轩I用。
9、升屋型湖器的巾俞出H屋悬一定值，但它的巾俞入ft流JW呈琪半他弦波的形式。流入巾俞出ft容器的功率不是一他定值，它是以巾俞入重屋的雨倍率建化，其瞬IW的功率容的瞬日BJ1乘以流入重容的瞬日8流。如BI2所示，最上方的波形悬巾俞入功率因数修正器的H屋典ft流，第二他波形JW悬流入典流出巾俞出ft容的能量。常巾俞入H屋高於巾俞出ft容的H屋畤，ft容是虑於能的状熊；常巾俞入H屋低於巾俞出ft容的H屋畤，ft容是虑於放能的状熊。第三他波形是ft容的充ftft流典放ftft流，此18流波形典巾俞入18流波形有著不同的形状，且其i!g率它襄乎是在巾俞入H屋的二次帮波上。此一能量的流SM各曾造成二次谐波形
10、式的HJKI波，如圄2中之第四他波形所示。要注意的是，道（018JK1波典18流波形相差悬90度，所以适是虚功形式的能。在考罐俞出18容的（定值畤必i（符虑理二次帮波涯波ft流以及虑理开屋型樽换器功率IW制在湖堤畤所造成的高波ft流的能力_&二徉十o控制雷路主勤式功率因数修正器必i（同畤控制巾俞入ft流典巾俞出UJI,而ft流控制退路的命令是由整流彳爰的屋所决定，因此可以使樽换器的巾俞入阻抗呈？118阻性。而巾俞出H屋的控制是藉由改建18流命令的平均值大小来完成。I比的乘法器符整流彳爰的屋乘以HJlIg差放大器的巾俞出彳爰，生一（018流控制命令。也因此18流的控制命令典输入的形状相同，同畤其
11、平均值代表输出HJ!的控制命令大小。3所示悬一（0主勤式功率因数修正器所需要的基本控制器ft路方现圄。巾俞出ft流乘法器的巾俞出耦之悬Imo,而造他乘法器的巾俞出即悬巾俞入ft流的控制命令。在圄3中，乘法器的巾俞入端（巾俞入H屋整流彳爰的重屋）是以18流的方式表示的，因悬道就是UC3854的勤作原理。除了乘法器之外，在圄3中遢包括了平方器典除法器，造些18路主要的功能是符fSJIIg差放大器的输出除以巾俞入H屋的平均值取平方彳爰的数值，最彳爰得到的值再乘以整流彳爰的重屋信虢。道（0外加的18路符可使H屋回路的增益雉持一（0定值，双有它的忘舌重屋回路增益符曾是平均巾俞入H屋的平方倍。巾俞入H屋的
12、平均值耦之悬前iinji信虢或是vff,而常它被前到Uji回路增益畤，此一数值提供了一他11回路的修正量，且道他值是需要取平方彳爰用来作悬HJlIg差放大器巾俞出H屋信虢Vvea的除数。18流的控制信虢必i（翥可能地接近整流彳爰的屋信虢以提升功率因数，如果重屋回路的太大，JW此控制回路符曹湖俞入重流以连成输出重屋的，仰定，但道檬曾使得巾俞入ft流的波形殿重失真。因此重屋回路的JJgSE必i（小於巾俞入屋的i!g率。但是重屋回路的曹熊簪鹰又必i（要很快，所以重屋回路的JJgSE又需要翥可能地大。平方器典除法器所横成的18路符可使回路的增益雉持定值，所以控制器JJgSE就可以翥可能地靠近巾俞入的率
13、以降低巾俞出HJ!的曹憨建化。常重屋巾俞入建she阐大畤，道他曲题更形重要。道他使回路增益雉持定值的ft路差放大器的巾俞出建成一槿功率的控制，fSJIIg差放大器的巾俞出就可直接控制停送到H戴的功率大小，优以下的例子就可以易地看到道他垣象。如果HJlIg差放大器的输出是一（0定值，而巾俞入的H屋建成雨倍，JW控制命令符曾建成雨倍，但适（0命令值符曾除以前iinji信虢的平方，也就是除以四倍的巾俞入重屋信虢，而其结果符曾使巾俞入ft流建成原先值的一半。巾俞入重屋建成雨倍畤，巾俞入ft流燮悬原值的一半刖可雉持典原输入功率相同的功率。因此，HJlIg差放大器的输出即可用来控制功率因教修正器的输入功率
14、等级，此槿控制法可用来限制系统优ft源得到的最大的功率。如果符HJlIg差放大器的巾俞出限制在某些值（即封鹰到某些最大巾俞入功率等级的值），刖常巾俞入n屋在正常操作靶阐内畤主勤式功率因数修正器符不曾徙ft力吸取超谩道他最大值的功率。巾俞入的失真源控制ft路曾符帮波失真典相移醇入巾俞入ft流波形,生适些is差的原因包括巾俞入端的槁式整流器、乘法雷路的巾俞出典以及输出典前iinji中的涯波等。reference在主勤式功率因数修正器中有雨他湖堤谩程，首先是巾俞入端的槁式整流的影簪，再JW是乘法18路、除法18路典平方18路所造成的影簪。每一他湖堤谩程都曾生雨他巾俞入端乘稹、谐波或ifeigdeba
15、nd的影簪，且造些谩程在数孥上的表示式都相常地褪亲隹。然而有趣的是，虽隹然道雨槿湖堤曾互相的影簪，但郤可相互的解湖，所以它的解是相常曾罩的。就如同之前所描述，在主勤式功率因数修正器中的涯波H屋皆是率的二次帮波。常造些谩乘法樽换18路彳爰，所得的信虢招樽换成巾俞入ft流的控制命令，巾俞入18流冉谩巾俞入端整流二趣H彳爰，二次帮波重屋的大小值生雨槿不同率的成分。造雨成分分别卷解1入率的三次帮波成分以及基本波成分。且造雨他成分的H屋大小值悬原来二次帮波H屋大小值的一半，其相位JW典原先二次谐波的相位相同。如果造他涯波雷屋大小值悬巾俞入大小值的10%且相位位移90度的1舌，JW输入重流符生一他I相移悬
16、90度，大小四基本波5%的三次帮波再加上一他I相移也是90度，大小卷基本波5%的一次帮波。前1118屋是符交流的H屋整流彳爰所得的重屋，而造他重屋有一他二次帮波的成分，且道他成分的大小值悬平均巾俞入H屋大小值的66%。前HfSJl除法器的滤波ft容大大地衰减了二次帮波，且有效地消除了敕高的帮波，因此前的巾俞入端僮曾存有少量的二次帮波。如圄3所示，道他前等曾被送到平方18路中。由於此一涯波具有相常高的直流成分，因此涯波的大小值曾被建成雨倍。除法器封淳波的成分没有影簪，因此此一涯波曾直接出琪在乘法器的巾俞入端，最彳爰建成巾俞入ft流的三次谐波失真典相移。平方18路符信虢樽换成雨倍的勤作反鹰出巾俞入18流帮波失真
