一種基于TDAl6846的新型有源功率校正電路設(shè)計

1 概述

早期的功率因數(shù)校正技術(shù)(pfc)主要是靠無源器件電感、電容實現(xiàn)的，稱之為無源pfc技術(shù)。其方法是，在整流橋后面串接一個較大的電感，以改善濾波電容充電波形和增加電流的連續(xù)性，達到提高功率因數(shù)的目的。這種無源pfc技術(shù)雖然實施簡單，但是體積大，很笨重，效果也不理想，功率因數(shù)僅可校正至0.85左右[1]。

近年來，隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，一種以boost變換器為主的有源功率因數(shù)校正器(apfc)得到了發(fā)展。這種apfc變換器大多工作于連續(xù)導(dǎo)電模式(ccm)，其工作原理是：采用多數(shù)入口乘法器(multiplier)，取樣整流后的脈動波形，并和輸出電壓誤差放大器的誤差電壓相乘，經(jīng)電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)產(chǎn)生pwm波形，使經(jīng)過電感的電流按正弦規(guī)律變化，從而達到了pfc目的。這種校正方法可使電源的功率因數(shù)接近1，因此廣泛地應(yīng)用于電力電子設(shè)備中[2]。但是這種apfc技術(shù)由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，較適合于較大功率容量的變流設(shè)備；而對于大量應(yīng)用的200 w以下的變流設(shè)備，就顯得不合適。

本文推出的以"電荷泵"(charge pump)校正原理設(shè)計的apfc電路，由于結(jié)構(gòu)簡單、制作方便，適合于較小容量的電子設(shè)備，有廣闊的應(yīng)用前景。

2 電荷泵功率因數(shù)校正技術(shù)

2.1 原理簡介

在普通的容性負載整流電路中，電流僅出現(xiàn)在正弦電壓的峰值附近，如圖1(a)所示。圖中，vm表示輸入交流電壓波形，im表示電流波形。其工作原理是：當(dāng)整流后的正弦電壓小于濾波電容兩端電壓時，整流二極管不導(dǎo)通，亦無電流流入。只有整流后的電壓大于濾波電容上的電壓時才有電流。所以在輸入電路中，給電容充電的電流不連續(xù)，從而使其相位與電壓不一致，造成功率因數(shù)下降。如果采取某些措施，使整流后電壓在低于濾波電容上的電壓時也有電流流入，而且電流的變化規(guī)律和輸入電壓波形一致，就可提高其功率因數(shù)，電荷泵電路就具有上述功能；imp表示經(jīng)電荷泵電路后的電流波形。

v2一v1，從而使vd>v2。這樣d1被截止，d2導(dǎo)通，c3通過d2放電，電流流向v2，實現(xiàn)了較低電壓v1間接流向v2的目的。實際上通過這種電路使v1完成了給c2充電的過程。

在電荷泵電路中，每次傳送的電量為：

q=[v3一(v2一v1)]c3=(v3+v1一v2)c3 (1)

如果v3的頻率為f3，則傳送的電流(即輸入電流)i1為：

i1=(v3+v1一v2)c2f3 (2)

上式中，v3是v2經(jīng)開關(guān)變壓器和二極管產(chǎn)生的(參見圖4)。在不考慮變壓器初級電阻和二極管正向壓降的情況下，v2=v3。因此，式(2)可以變形為：

i1=vlc3f3=k·v1 (3)

由式(3)可見，這時輸入電流隨輸入電壓v1的正弦包絡(luò)變化，從而達到了功率因數(shù)校正的目的。

圖2給出了實際應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖。該圖中的電容c，整流橋br和二極管d分別代替了圖1(b)中的c3，d1和d2。從結(jié)構(gòu)上講，該圖是一個標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)電源電路。圖中的電感l(wèi)，快恢復(fù)二極管d和電容c既完成了電荷泵的功能，也構(gòu)成了一個能吸收由開關(guān)管t在開關(guān)過程中激起的尖峰電壓的緩沖電路。圖中，電荷泵是插入在br，濾波電容cp的正端和開關(guān)管t的漏極之間，如圖中虛線框內(nèi)所示。當(dāng)開關(guān)管t導(dǎo)通時，輸入電壓vin經(jīng)br整流后的電壓vinr給c充電。當(dāng)t關(guān)斷時，c經(jīng)過d給cp充電，從而完成"泵電"的過程。為了防止形成瞬時尖峰脈沖，串接了電感l(wèi)。