高性能軟開關功率因數(shù)校正電路的設計

    關鍵詞：功率因數(shù)校正；電磁干擾；升壓變換；軟開關

引言

隨著計算機等一些通信設備的日益普及，用戶對電源的需求也在不斷增長，要求電源廠商能生產(chǎn)更高效、更優(yōu)質(zhì)的綠色電源，以減小電能消耗，減輕電網(wǎng)負擔。這就必須對電源產(chǎn)品如UPS，高頻開關整流電源等的輸入電路進行有源功率因數(shù)校正，以最大限度減少諧波電流。實際測量計算機等整流性負載的PF=0.7時，輸入電流的總諧波失真度近80％，即無功電流是有功電流的80％。不間斷電源國標（GB7286—87）規(guī)定，輸入總相對諧波含量≤10％，整流器產(chǎn)品國家行業(yè)標準規(guī)定輸入功率因數(shù)>0.9，所以，如何設計優(yōu)秀的PFC電路是很關鍵的技術，正確的PFC電路設計技術主要由以下幾個部分組成：控制電路，功率主電路，元器件選擇及其參數(shù)設計。

1 控制電路

上世紀90年代初，由于PFC的控制芯片還未上市，我們在相關理論的指導下，于1992年在國內(nèi)率先開發(fā)出由分立元器件組成的控制電路，原理如圖1中虛線框內(nèi)所示。

在實驗室和小批量做出的48V/50A整流器產(chǎn)品中，前級PFC電路的PF為0.98左右，η=93％(AC/DC，VDC=395V，Po=2000W)。以上控制電路原理和UC公司的PFC控制原理(1994年底推出的UC3854)是一致的，但由于電路是由分立元器件組成，抗干擾能力差，工藝復雜，調(diào)試過程很長，所以，一直未在大批量產(chǎn)品中運用。隨著UC公司控制IC如UC3854，UC3854A，UC3855的推出，由分立元器件組成的控制電路便被專用控制IC所取代。

2 PFC功率主電路

功率主電路的選用關系到整個PFC電路的變換效率以及EMI的大小，是電路設計的關鍵技術。早期主電路如圖2所示。

這是個典型的Boost電路，原理簡單，但是個硬開關電路，由于未考慮開關器件的實際特性，高壓整流二極管的反向恢復特性，主開關功率管的開關損耗特性，導致開關器件的dv/dt及di/dt很高，相應對器件應力要求加大。二極管特性如圖3所示，id為二極管電流波形，vd為二極管電壓波形，在開關管S導通時，二極管D的反向恢復電荷Qrr所形成的反向恢復電流幾乎全部損耗在主開關管上，增大了開關管的開關損耗，在ta～tc的時間內(nèi)，二極管D還是正壓降，也即開關管S的漏極電壓為Vo時，已有負反向恢復電流流過開關管S，在tc～tb的時間內(nèi)二極管D的di/dt>0，則二極管D正端處會產(chǎn)生瞬間負電壓值，電路上會出現(xiàn)大的EMI，由于分布參數(shù)的存在，在開關過程中所產(chǎn)生的傳導和輻射干擾會嚴重影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

為了克服上述的不足，便有了改進的PFC電路，如圖4所示。增加了主開關二極管的附加電路，其原理則是充分利用了L1的線性區(qū)和非線

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