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摘 要：论文阐述了PFC的研究现状和研究热点,在理论分析结果的基础上,设计了一台容量为240W的BoostPFC+单管正激DC/DC变换器的两级PFC变换器电路,给出了控制电路设计原理,并进行了实验验证.
关 键 词：两级功率因数校正组合控制器实验分析
中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）02-0128-02
1绪论
随着电力电子器件的迅速发展,如变频器、逆变电源、高频开关电源等各类变流器在生活、生产的各个领域中得到了广泛的应用.由于这些变流装置基本上都是通过整流环节来获得直流电源,而整流环节广泛采用的是二极管不控整流或晶闸管相控整流电路,因而对电网注入了大量的谐波及无功,造成了严重的电网“污染”.解决电网“污染”最根本有效的措施就是变流装置实现网侧电流正弦化,且运行于单位功率因数.
为了抑制开关电源的谐波,有源功率因数校正（ActivePowerFactorCorrection,APFC）技术是最为有效的方法,成为开关电源研究的重要领域和电力电子研究的热点之一[1].
2组合控制器FAN4800简介
FAN4800是应用于功率因数校正设备的一种控制器.PFC电路允许使用更小的,低成本的大容量电容器,进而减小线路电力负荷及开关功率管上的应力,最终完全满足IEC-1000-3-2的规范.FAN4800包括执行前缘电路,平均电流电路,升压型功率因数校正电路和一个尾缘PWM电路.1A门级驱动能力尽可能的减少的外部驱动电路的需要.低功率的需求提高了效率并降低了元器件的成本.过压比较器可以在负载突然减小时关闭PFC部分.PFC部分还包括峰值电路和输入电压掉电保护.PWM部分可以工作在电流或电压模式,最高工作频率250kHz,还有一个准确的50%的占空比限制,以防止变压器饱和.FAN4800包括一个PWM部分折合后的电流限制,以提供短路保护.
3电路设计
根据以上组合控制器FAN4800的介绍,设计一台容量为240W的BoostPFC+单管正激变换器的两级PFC变换器.利用两级功率因数校正复合芯片,主电路采用前级功率因数校正电路和后级直流/直流变换器拓扑结构.实验主电路如图1所示.
主电路采用两级电路,前级为Boost,后级为正激电路,前级是为实现PFC功能,采用平均电流的控制策略,其占空比理论为0～1,实际中由于输入电压为馒头波,其幅值从0V变化到273.6V,因此开关的占空比变化范围为1-Vin_max/VB～1-Vin_min/VB（0.286～1）.后级采用PWM整流的方法控制实现调压功能,由于正激变换器采用的绕组复位的方式,所以其占空比变化范围与原边绕组与磁复位绕组的匝比相关.
Boost-PFC电路采用平均电流控制策略,而实现电压与电流双闭环控制[2].由于采用的是Boost电路,因此输出电压要比输入电压的峰值大,由于输入电压的范围为100VAC-240VAC,所以Boost-PFC输出电压的大小至少要大于339.36V,而且开关管Q1的最小占空比有要求,不能太小.因此往往Boost-PFC的输出电压取得更高,此处取的是383V.正因为如此,而最终的输出电压为24V,因此有必要加入后级电路进行输出电压调节.
4实验结果分析
图2为两级功率因数校正变换器的输入电压和电流的波形.从波形上分析可得,输入电流波形与输入电压波形在相位上基本保持一致,波形为正弦波,从而使功率因数接近于1.
根据实验数据得出输入电压240V时,负载电流I与效率值之间的关系曲线如图3,负载电流越大,效率值越高.
不同输入电压值时,PF值与负载电流I之间的关系曲线如图4.同一输入电压下,负载电流越大,PF值越高；同一负载电流下,输入电压越高,PF值越小.
实验中用万用表测得两级PFC电路的输出电压为V,达到预期目标.
本论文在前面理论分析的基础上,采用两级PFC复合芯片,设计了一台容量为240W的BoostPFC+单管正激变换器的两级PFC变换器,通过实验验证、分析实验结果表明,本设计能够达到预定的效果,稳定、正常地工作.