中心議題:
常用有源功率因數校正電路分為連續(xù)電流模式控制型與非連續(xù)電流模式控制型兩類,。其中,,連續(xù)電流模式控制型主要有升壓型(Boost)、降壓型(Buck),、升降壓型(Buck-Boost)之分,;非連續(xù)電流模式控制型有正激型(Forward)、反激型(Fly back)之分,,下面對這幾種電路的工作原理分別加以介紹,。
1.升壓型PFC電路
升壓型PFC主電路如圖1所示,其工作過程如下:當開關管Q導通時,,電流IL流過電感線圈L,,在電感線圈未飽和前,電流線性增加,,電能以磁能的形式儲存在電感線圈中,,此時,電容C放電為負載提供能量,;當Q截止時,,L兩端產生自感電動勢VL,,以保持電流方向不變,。這樣,VL與電源VIN串聯向電容和負載供電,。
圖1 升壓型PFC主電路
這種電路的優(yōu)點是:
(1)輸入電流完全連續(xù),,并且在整個輸人電壓的正弦周期內都可以調制,因此可獲得很高的功率因數,;
(2)電感電流即為輸入電流,,容易調節(jié);
(3)開關管柵極驅動信號地與輸出共地,,驅動簡單,;
(4)輸入電流連續(xù),開關管的電流峰值較小,,對輸入電壓變化適應性強,,適用于電網電壓變化特別大的場合。
主要缺點是輸出電壓比較高,,且不能利用開關管實現輸出短路保護,。
2.降壓型PFC電路
降壓型PFC電路如圖2所示,,其工作過程如下:當開關管Q導通時,電流IL流過電感線圈,,在電感線圈未飽和前,,電流IL線性增加;當開關管Q關斷時,,L兩端產生自感電動勢,,向電容和負載供電。由于變換器輸出電壓小于電源電壓,,故稱為降壓變換器,。
圖2 降壓型PFC主電路
這種電路的主要優(yōu)點是:開關管所受的最大電壓為輸人電壓的最大值,因此開關管的電壓應力較??;當后級短路時,可以利用開關管實現輸出短路保護,。
該電路的主要缺點是:由于只有在輸人電壓高于輸出電壓時,,該電路才能工作,所以在每個正弦周期中,,該電路有一段因輸人電壓低而不能正常工作,,輸出電壓較低,在相同功率等級時,,后級DC/DC變換器電流應力較大,;開關管門極驅動信號地與輸出地不同,驅動較復雜,,加之輸人電流斷續(xù),,功率因數不可能提高很多,因此很少被采用,。
3.升降壓型PFC電路
升降壓型PFC電路如圖3所示,,其工作過程如下:當開關管Q導通時,電流IIN流過電感線圈,,L儲能,,此時電容C放電為負載提供能量;當Q斷開時,,IL有減小趨勢,,L中產生的自感電動勢使二極管D正偏導通,L釋放其儲存的能量,,向電容C和負載供電,。
圖3升壓型PFC主電路
該電路的優(yōu)點是既可對輸人電壓升壓又可以降壓,因此在整個輸入正弦周期都可以連續(xù)工作;該電路輸出電壓選擇范圍較大,,可根據一級的不同要求設計,;利用開關管可實現輸出短路保護。
該電路的主要缺點有:開關管所受的電壓為輸入電壓與輸出電壓之和,,因此開關管的電壓應力較大,;由于在每個開關周期中,只有在開關管導通時才有輸入電流,,因此峰值電流較大,;開關管門極驅動信號地與輸出地不同,驅動比較復雜,;輸出電壓極性與輸入電壓極性相反,,后級逆變電路較難設計,因此也采用得較少,。
提示:常用連續(xù)電流模式類功率因數校正芯片有TDA16888(PFC+PWM),、1PCS01(PFC)、L4981,、FA4800(PFC+PWM),、UC3854、UCC3817,、UCC3818等,。
4.正激型PFC電路
正激型PFC電路如圖4所示,當開關管Q導通時,,二級管D1正偏導通,,電網向負載提供能量,輸出電感L儲能,。當Q關斷時,,L中儲存的能量通過續(xù)流二極管D2向負載釋放。
這種電路的優(yōu)點是功率級電路簡單,,缺點是要增加一個磁復位回路來釋放正激期間電感中的儲能,。
圖4 正激型PFC主電路
5.反激型PFC電路
反激型PFC電路如圖5所示,當開關管Q導通時,,輸入電壓加到高頻變壓器B1的原邊繞組上,由于B1副邊整流二極管D1反接,,副邊繞組中沒有電流流過,,此時,電容C放電向負載提供能量,。當開關管Q關斷時,,繞組上的電壓極性反向,二極管D1正偏導通,儲存在變壓器中的能量通過二極管D1向負載釋放,。
這種電路的優(yōu)點是功率級電路簡單,,且具有過載保護功能。
圖5 反激型PFC主電路