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摘 要 ： 為了使AC/DC電源在滿足IEC 61000-3-2諧波標準的同時能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高性能，對單級功率因數(shù)校正技術(PFC)的需求越來越緊迫，特別是小功率場合。本文按照不同劃分原則對PFC技術分類討論，指出單級PFC技術適用于小功率場合，是PFC技術在小功率應用中發(fā)展的必然趨勢，同時也是目前PFC技術研究熱點。選擇臨界導電模式(CRM),利用意法半導體(SGS-THOMSON)公司推出的功率因數(shù)控制芯片L6562設計一款性價比高的PFC線路, 結果表明該電源系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.98以上，總諧波含量低于2.5%，符合IEC61000-3-2諧波電流限制標準.
關鍵詞 ：功率因數(shù)校正；單級PFC；Boost；總諧波含量

1.前言 

近年來，高頻開關電源在國民生活中的使用越來越廣泛，特別是現(xiàn)在提倡“綠色電源”，要求裝置對電網(wǎng)無污染，主要包括諧波含量、功率因數(shù)、波形畸變等。解決這個問題的積極辦法是采用功率因數(shù)校正(Power Factor Correction, PFC)技術。為了使電源在滿足諧波標準的同時能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高性能，對單級PFC的需求越來越緊迫，特別是在小功率場合。

2.功率校正技術

在含

有AC/DC變換器的電力電子裝置中，DC/DC變換器或DC/AC變換器的供電電源一般是由交流市電經(jīng)整流和大電容濾波后得到較為平直的直流電壓，整流器一電容濾波電路是一種非線性組件和儲能組件的結合，因此，雖然輸入交流電壓是正弦的，而輸入交流電流是一個時間很短、峰值很高的周期性尖峰電流，波形嚴重畸變.如果去掉輸入濾波電容，則輸入電流變?yōu)榻频恼也?，提高了輸入側的功率因?shù)并減少了輸入電流的諧波，但是整流電路的輸出不再是一個平滑的直流輸出電壓，而變?yōu)槊}動波。如果欲使輸入電流為正弦波，且輸出仍為平滑的直流輸出，必須在整流電路和濾波電容之間插入一個電路，這個電路就是PFC電路，如圖1所示。

人們最早采用電感和電容器構成的無源網(wǎng)絡進行功率因數(shù)校正。進入70年代以后，隨著功率半導體器件的發(fā)展，開關變換技術突飛猛進。到80年代，現(xiàn)代有源PFC技術應運而生，

80年代的有源功率校正技術可以說是基于Boost變換器的功率因數(shù)校正的年代，在此期間的研究工作主要集中在連續(xù)導電模式下的Boost變換器的研究上。80年代末提出了利用工作在不連續(xù)導電模式下的變換器進行功率因數(shù)校正技術，90年代以來，有源PFC取得了長足的進展。近年來，主要是連續(xù)導電模式下功率因數(shù)校正的控制方法，同時，也提出了一些新穎的功率因數(shù)校正原理及拓撲結構，如臨界導電模式。

現(xiàn)對無源PFC、有源兩級PFC和有源單級PFC在各個方面進行對比，如表1所示。

經(jīng)過對三種PFC技術在THD,PF效率、體積、重量、控制電路、器件數(shù)量、功率范圍和設計難度上的比較得出：無源PFC適用于要求成本低,對體積沒有太大限制的小功率應用場合；有源兩級PFC適用于要求成本高,價格不敏感,中大功率應用；有源單級PFC相當于兩者之間的折中方案,要求體積小、結構簡單、性能較好的應用場合。

3.線路設計

     用戶電氣設計參數(shù)要求為：電源電壓范圍（85V～264V），穩(wěn)壓直流輸出電壓（400V±8%），開關頻率（ 25KHz～476KHz），額定輸出功率120W，預期效率 90%。經(jīng)過以上的討論，實現(xiàn)該目標的功率因數(shù)校正最合理的辦法是選用工作于臨界導電模式下的單級Boost型PFC線路，其原理框圖如圖2所示。我們經(jīng)分析選擇的IC為意法半導體(SGS-THOMSON)公司推出的功率因數(shù)控制器L6562來設計。

表1 幾種PFC技術的性能比較

線路圖設計主要參考了ST公司的L6562的應用手冊，從而設計出適合我們電路要求的電路原理圖見圖3 。并將我們的設計應用于PSF120-240電源中，進行測試評估。L6562的應用手冊中某些元件參數(shù)已經(jīng)設定，就不需要我們再做重復的計算，只需要設計出幾個關鍵元件的參數(shù)，包括電感（T₁）參數(shù)設計，SENSE電阻（R₁₀）計算，MOSFET（Q₂）的選擇等。

4.驗證評估與結論

輸出性能測試，見表2測試條件：配合測試負載為120W反激式開關電源（FULL LOAD）。  

實驗結果表明該電源系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.98以上；經(jīng)諧波測試，開關電源總諧波含量低于2.5%，符合IEC61000-3-2諧波電流限制標準.

圖2  臨界導電模式下的單級Boost型PFC線路

 

表2            輸出特性測試

輸入電壓	額定輸出電壓	實際輸出電壓	調(diào)整率	輸入功率	效率	功率 因數(shù)	判定
85 V	400 V	404.1 V	1.025%	130.9W	91.7%	0.999	PASS
120 V	400 V	403.7 V	0.925%	130.0W	92.3%	0.998	PASS
150 V	400 V	402.0 V	0.500%	129.3W	92.8%	0.994	PASS
180 V	400 V	401.3 V	0.325%	128.9W	93.1%	0.993	PASS
220 V	400 V	400.9 V	0.225%	126.5W	94.9%	0.992	PASS
264 V	400 V	399.2 V	0.020%	124.5W	96.4%	0.985	PASS

                    圖3 PFC整體線路圖

5.結束語

當今功率因數(shù)校正線路的高性能化、拓撲電路的創(chuàng)新、集成電路技術的廣泛應用及其實現(xiàn)手段的先進性、設計和分析工具的進一步完善，將為電源產(chǎn)品實現(xiàn)高效率、高功率因數(shù)、高可靠性，低諧波污染、小型輕量愿望成為現(xiàn)實。單級PFC電子技術符合PFC技術的發(fā)展方向，適用于小功率場合，是性能和成本的折衷，將成為未來PFC技術的主要研究領域.

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