一種輸入電流間接控制的有源功率因數(shù)校正電路分析??

摘要：分析了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的輸入電流間接控制的有源功率因數(shù)校正電路，給出了仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：有源功率因數(shù)校正；總諧波畸變；功率因數(shù)；仿真

Active Power Factor Corrector with Indirect Control Method

XU Yun-zhong,XIONG Rui

Abstract:A simple and effective active power factor corrector with the indirect control method is analyzed.The simulation and experiment results is given.

Keywords:Active power factor correction;Total harmonic distortion;Power factor;Simulation

1? 引言

??? 常用的有源功率因數(shù)校正（APFC）方法有三種，即電流峰值控制法、電流滯環(huán)控制法和平均電流控制法[1]。這三種控制方法都需要檢測(cè)整流橋輸出電壓，屬于輸入電流直接控制的有源功率因數(shù)校正方法，可以使電路的輸入功率因數(shù)校正到0.99以上，但是控制原理比較復(fù)雜，需要檢測(cè)的量較多，檢測(cè)電路較為復(fù)雜，且控制電路成本較高。

??? 本文分析了一種輸入電流間接控制的有源功率因數(shù)校正電路，只需檢測(cè)電感電流，控制原理和控制電路都比較簡(jiǎn)單實(shí)用，且控制電路成本很低。

2? 輸入電流直接控制的有源功率因數(shù)校正方法原理分析

??? 圖1所示為常用的Boost有源功率因數(shù)校正原理圖。

圖1? 常 用APFC原 理 圖

??? 主電路的輸出電壓Uo和基準(zhǔn)電壓Ur比較后，輸入給電壓誤差放大器VA，整流橋輸出電壓Udcc和VA的輸出電壓信號(hào)共同加到乘法器M的輸入端，乘法器M的輸出作為電流反饋控制的基準(zhǔn)信號(hào)，與開(kāi)關(guān)電流is比較后，經(jīng)過(guò)電流誤差放大器CA加到PWM控制部分，控制開(kāi)關(guān)管S的通斷，從而使輸入電流（即電感電流）iL的波形與整流橋輸出電壓Udc的波形一致，進(jìn)而使電流諧波大為減少，提高電路的輸入功率因數(shù)。

3? 輸入電流間接控制的有源功率因數(shù)校正方法原理分析

??? 輸入電流間接控制的有源功率因數(shù)校正方法可以檢測(cè)下面三個(gè)量中的任何一個(gè)：電感電流、開(kāi)關(guān)管

電 流 或 二 極 管 電 流 。 圖2為 檢 測(cè) 電 感 電 流 的 一 種 控 制 原 理 圖 。

圖2? 輸 入 電 流 間 接 控 制APFC原 理 圖

??? 整流橋輸出電壓Udc即是后級(jí)Boost電路的輸入電壓，開(kāi)關(guān)管S的導(dǎo)通占空比設(shè)為Don，則有

??? Uo=Udc/(1－Don)??? （1）

??? 所以有

??? Udc/iL=(1－Don)Uo/iL??? （2）

??? 假定電路輸入功率因數(shù)為1，則有

??? Udc/iL=Rin??? （3）

??? 由式（2）和式（3）可導(dǎo)出

??? Don=1－(Rin/Uo)iL??? （4）

??? 設(shè)定Rin/Uo=k（k為一常數(shù)），則有

??? Don=1－kiL??? （5）

??? 由上述推導(dǎo)可以看出，按式（5）控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通占空比Don，在理論上完全可以使電路輸入功率因數(shù)為1。

4? 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

??? 依照?qǐng)D2原理圖，設(shè)定下述實(shí)驗(yàn)參數(shù)：

??? Ui=311sin(100πt)V（即市電輸入），L=1mH，Co=940μF（兩個(gè)470μF并聯(lián)），Cin=0.1μF，R=200Ω，開(kāi)關(guān)頻率fs=40kHz，開(kāi)關(guān)管S選用IRFP460，二極管D選用DSEI30—10A，控制芯片選用TL494，電感電流采用霍爾檢測(cè)（電流轉(zhuǎn)換為電壓的比例為1∶0?3），慣性環(huán)節(jié)構(gòu)成的低通濾波器帶寬設(shè)定為1kHz。

??? 在MatlabSimulink環(huán)境下，對(duì)上述實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3? 輸 入 電 壓 和 輸 入 電 流 仿 真 結(jié) 果

??? 上述仿真的輸入電流總諧波畸變率THD=13.41％，輸入功率因數(shù)PF=0.994。

??? 電路實(shí)測(cè)輸入電壓和輸入電流波形如圖4所示。

圖 4? 實(shí) 驗(yàn) 實(shí) 測(cè) 輸 入 電 壓 和 輸 入 電 流 波 形（ 電 壓 100 V/格 ， 電 流 5 A/格 ）

??? 輸入電壓總諧波畸變率 THD=10.87％，輸入電流總諧波畸變率THD=14.13％，電路輸入功率因數(shù)PF=0.992。

??? 值得指出的是，由TL494及其外圍電路構(gòu)成的控制電路的成本較常用的由UC3854及其外圍電路構(gòu)成的控制電路的成本要低得多。

5? 結(jié)語(yǔ)

??? 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，該輸入電流間接控制的有源功率因數(shù)校正方法可以使電路的輸入功率因數(shù)達(dá)到0.99以上，并且控制原理簡(jiǎn)單實(shí)用，控制電路成本很低。

參考文獻(xiàn)

[1]? 張占松,蔡宣三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社,1998.