0 引 言

　　電子設(shè)備的整流部分通常采用二極管橋式整流和電解電容進(jìn)行輸入濾波,。這種整流電路功率因數(shù)低，而且其無(wú)功分量基本上為高次諧波,。諧波的存在,，對(duì)公共電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染，易造成電路故障,。目前各國(guó)都實(shí)施了一些輸入電流諧波限制標(biāo)準(zhǔn),，要求開(kāi)關(guān)電源必須加裝PFC 級(jí)來(lái)滿(mǎn)足功率因數(shù)以及諧波含量的要求。

　　本文基于單周期控制芯片IR1150 ,，設(shè)計(jì)了一種功率因數(shù)變換器,，實(shí)現(xiàn)了電源裝置網(wǎng)側(cè)電流正弦化，功率因數(shù)接近1 ,，極大地減少了電流諧波,，消除了對(duì)公共電力系統(tǒng)的污染，為電源PFC 級(jí)提供了簡(jiǎn)便,、靈活,、高密度的解決方案。

　　1  功率因數(shù)校正原理

　　功率因數(shù)PF 是指交流輸入有功功率P 與輸入視在功率S 的比值,，即:

　　式中,，I1表示交流輸入基波電流有效值;Irms表示輸入電流的有效值;定義γ=I1/Irms為交流輸入電流的失真系數(shù);cosφ 表示交流輸入的基波電壓和基波電流的相移因數(shù)。所以功率因數(shù)PF 可以定義為交流輸入電流的失真系數(shù)γ與相移因數(shù)cosφ 的乘積,。同時(shí)，總諧波失真:

　　有:

　　即:

　
　　所以要提高功率因數(shù)有兩個(gè)途徑:

　　(1)使輸入電壓,、電流同相位即cosφ=1 ;

　　(2)使輸入電流正弦化,，即Irms =I1 。

　　2  系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　電源的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)有:

　　輸入電壓范圍:150 ～260 VAC;輸出功率:500W;輸出電壓:400 VDC;輸入電壓頻率:50 Hz ;開(kāi)關(guān)頻率:100 kHz ;效率為η=92 %,。

　　主電路采用單相Boost 升壓電路,，將PFC 級(jí)和DC/DC 變換級(jí)集成在一起，兩級(jí)共用一只功率器件,。

　　主電路如圖1 所示,。

圖1  PFC 變換器電路圖

　　CCM(電流連續(xù)模式)模式下所需電感值的計(jì)算公式為:

 

　　式中，Uin_peak為最低輸入交流電壓對(duì)應(yīng)的正弦峰值電壓;Dmax為Uin_peak對(duì)應(yīng)的最大占空比;ΔI 為紋波電流值,，計(jì)算時(shí)設(shè)定為最大峰值輸入電流的30 %;fs為開(kāi)關(guān)頻率,。

　　占空比的計(jì)算公式為:

 

　　式中，Uo為直流輸出電壓,，則可計(jì)算得到Dmax =0.47 ,。

 

　　計(jì)算得到紋波電流為1 .54 A，從而求得電感值L=647 μH，實(shí)際電感值取為680 μH,。

　　輸出電容,，Δt 為系統(tǒng)掉電后的保持時(shí)間，選20 ms ,，Uo_min為保持時(shí)間內(nèi)的最小值,，選標(biāo)準(zhǔn)輸出的80 %，得到Cout為347 μF,，實(shí)際選用470 μF,。

　　3  測(cè)試結(jié)果

　　經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示,。

表１　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　圖2 為經(jīng)過(guò)校正以后的輸入電壓在220 V時(shí)的電壓,、電流波形。

圖2  校正后輸入電壓和電流波形

　　根據(jù)測(cè)試結(jié)果,，可以看出經(jīng)IR1150 校正以后,，電壓和電流波形同相位，輸入電流為正弦波,，不再是脈沖狀;輸入電流的總諧波畸變率降到了10 %以下;功率因數(shù)提升到了0.99 以上;同時(shí)輸出電壓在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)(150 ～260 V)均能保持恒定,。