傳統(tǒng)的開關(guān)電源就像是交流電網(wǎng)上的非線性負載,，電源的輸入端均使用橋式整流器和緊接大容量濾波電容器，它的峰值充電效應(yīng)產(chǎn)生的高次諧波電流從輸電線輻射出去而污染電網(wǎng),。功率因數(shù)校正PFC(Power Factor Correction)是十幾年電源技術(shù)進步的重大領(lǐng)域,，它的基本原理就是從電路上采取措施，使電源輸入電流實現(xiàn)正弦波,，并與輸入電壓保持同相位,，正弦化就是要使其諧波為零，兩波形同相位就實現(xiàn)了功率因數(shù)PF=l的目標,。
本文基于功率因數(shù)校正芯片UC3854設(shè)計了一臺輸出電壓為400V,，輸出功率為1000W的功率因數(shù)校正器。文中討論了該樣機的設(shè)計方法和工作原理,。并就輸入電流諧波失真的問題給出了分析,，試驗結(jié)果表明，所設(shè)計的樣機運行可靠,，性能基本達到設(shè)計指標。
l 工作原理
圖l給出了所設(shè)計的用平均電流控制的Boost功率因數(shù)校正器電路原理圖,。
主電路整流橋輸出電壓ui為正弦波的絕對值,，流經(jīng)R5得相似電流波形,，加到乘法器的B輸入端，乘法器輸出電流為
當輸入電壓一定時,，A和C為常數(shù),，imo的波形與B相似。A和C的數(shù)值緩慢變化時,，不影響imo的波形,，imo在R2上的電壓降UR2=imoR2=Upref。Upref既是波形控制環(huán)路的基準電壓,，其波形也是正弦波的絕對值,。輸入電流i的取樣電路是一個小電阻R1，取樣電壓為Uis=iR1,。取樣電壓與基準電壓比較得到的誤差電壓
當波形誤差放大器和主電路兩者的電壓總增益足夠大時,，誤差電壓△UE極小，可以忽略,，故有
可見輸入電流i的波形和乘法器輸出電流imo的波形相似,。當PWM信號波為高電平時，開關(guān)管導通,，輸入電感電流增大到大于
時,，PWM信號波變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管截止,，這樣占空比得到控制從而調(diào)節(jié)輸入電流使之跟隨輸入電壓波形,。
為更好地改善輸出穩(wěn)壓性能和動態(tài)相應(yīng)速度，還加設(shè)了電壓前饋乘方功能,，由圖可知,，乘法器C端的值正比于U2，即C∝U2,，而B正比于U,，即B∝U，所以
的值隨輸入電壓的減小而增大,，故輸入功率
常數(shù),。即輸入功率可以保持恒定。
2 分析設(shè)計
2．1 電感器的選擇
對于平均電流型控制的UC3854,，允許升壓級在連續(xù)或斷續(xù)工作模式之間移動,，而其性能不變。電感值根據(jù)低輸入電壓時半個正弦波頂部的峰點電流來選擇,，或根據(jù)此處輸入電壓和開關(guān)頻率的占空因數(shù)選擇,。關(guān)系式如下：
本試驗中L=0．45mH。由于鐵粉芯材料具有磁導率小、線性度高,、飽和磁密大,、工作頻率范圍寬的特點。所以廣泛應(yīng)用于功率因數(shù)校正電感的設(shè)計,。在本設(shè)計中電感的選用性價比較高的鐵粉芯材料,，原邊16匝，副邊4匝,。
2．2 輸入電流諧波失真的分析
下面對輸入電流的畸變原因做出相應(yīng)的理論分析：
電流基準信號imo為
其中,，iac為乘法器輸入電流，Kd為除法器比例系數(shù),，Uvea為電壓誤差放大器輸出電壓,，Kg為平方器比例系數(shù)，Uff為前饋電壓,。
通過分析Boost功率因數(shù)校正器控制原理可知,，輸入電流的波形主要取決于電流基準信號的波形(基波)，因此,，分析輸入電流的諧波失真可轉(zhuǎn)化為分析imo的諧波,，實際上，由于Uin是個含有二次諧波(占基波66％)的“饅頭”波電壓,，故Uff和Uvea中的電壓紋波(低頻)均是兩倍電網(wǎng)頻率的二次諧波,。
如果假設(shè)Uvea和Uff中的二次諧波含量幅值均為平均的1％，即Uvea和Uff表示為
上式說明：輸出電壓誤差放大器輸出中如含有1％的二次諧波,，則在電流基準信號中產(chǎn)生0．5％的三次諧波電流,，前饋電壓中如含有1％的二次諧波電壓，則在電流基準信號中產(chǎn)生1％的三次諧波電流分量,。
2．3 電壓控制環(huán)
電壓控制環(huán)由電壓誤差放大器和升壓級組成,，其作用是保證輸出電壓穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
2．4 電流控制環(huán)
電流控制環(huán)由電流誤差放大器,、PWM比較器和功率級組成，它通過開關(guān)管的占空比迫使輸入電流跟蹤輸入電壓,，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示：
電流控制環(huán)的傳遞函數(shù)為：
其中功率級傳遞函數(shù)為：
電流誤差放大器的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示：
其傳遞函數(shù)為：
2．5 輕載時輸出電壓飄升問題的解決
在本試驗過程中發(fā)生了這種現(xiàn)象：輕載或者空載時,，變換器的輸出電壓緩慢飄升，發(fā)生這種現(xiàn)象的基本原因在于電流運放的輸入電壓失調(diào)上,，最簡單的解決辦法是在電流放大器的3腳,、4腳間并聯(lián)一個大電阻，即加上一點直流反饋,，將輸出的正電平送一點到反相輸入端以補償失調(diào),。
但是,，這種簡單方法也有缺點：本來電流運放在輕載時需要正電平補償，重載時不需要補償,，可是直流反饋偏置的結(jié)果卻是負載越重,，電流運放輸出越高，因而補償更重,。當反饋過大時，將限制電流運放的輸出高電平幅度,，從而限制了PWM調(diào)制器的最大輸出脈寬,，這樣將影響整個PFC電路的輸入電壓調(diào)節(jié)能力，即當輸入交流較低,、同時負載也較重時,，輸出電壓可能達不到額定值。較好的解決辦法為增加電流運放的附加偏置,，如圖6所示,，圖中R1為兆歐級數(shù)值的電阻，R2可根據(jù)情況適當加以調(diào)整,，通過分壓電路給反相端4腳加一個固定的偏置,，這樣就解決了上述反饋偏置的缺點。
3 試驗結(jié)果
設(shè)計了一臺試驗樣機,，輸入電壓為80V到270V,，輸出電壓為400V，最大輸出功率1000W,，主電路升壓電感0．45mH,。檢流電阻為0．05Ω，輸出電容為470μF,。圖7給出了輸入端電壓和電流的波形,。圖8給出了電感側(cè)電壓波形。圖9給出了輸出電壓波形,。圖10給出了開關(guān)管驅(qū)動信號波形,。
4 結(jié)論
實驗結(jié)果表明，本文所設(shè)計的基于UC3854的功率因數(shù)校正器,，其性能指標達到設(shè)計要求,，控制電路設(shè)計明顯簡化?；谠撔酒淖吭娇刂颇芰蜆O低的價位,，為提高中小功率的開關(guān)電源的功率因數(shù)和抑制諧波污染提供了一條可行的技術(shù)途徑。