【正文】 圖 5 單相 Boost 功率因數(shù)校正仿真 （ a）仿真電路圖 （ b）輸入電壓、電流波形 （ c）輸出電壓波形 CCM是采用乘法器方法來(lái)實(shí)現(xiàn)有源功率因數(shù)校正，而 DCM則采用電壓跟隨器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)有源功率因數(shù)校正。 在 Boost PFC電路中，最關(guān)鍵的部分是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及控制方式的選取。 不論是哪一種類(lèi)型的 PFC升壓變換器，都要求其 DC輸出電壓高于最高AC線(xiàn)路電壓的峰值。有源 PFC變換器之所以幾乎全部采用 升壓型 式，主要是在輸出功率一定時(shí)有較小的輸出電流，從而可減小輸出電容器的容量和體積，同時(shí)也可減小升壓電感元件的繞組線(xiàn)徑。二極管導(dǎo)通時(shí)，電流向?yàn)V波電容充電，在交流電壓的半周期內(nèi)，電感 L的高頻振蕩電流頻率是不斷變化的，但峰值電流的包絡(luò)曲線(xiàn)時(shí)刻跟蹤交流電壓的變化， L的平均電流在開(kāi)關(guān)周期很小時(shí)接近正弦波形。 有源 PFC技術(shù) 分為兩類(lèi)：一類(lèi)是由有源開(kāi)關(guān)、電感 L及控制電路組成的有源 PFC電路，這種電路工作頻率低，電感體積大，因而應(yīng)用很少；另一類(lèi)是高頻 有源 PFC電路 ，也就是現(xiàn)在通常所說(shuō)的有源 PFC。 為提高線(xiàn)路功率因數(shù)，抑制電流波 形失真，必須采用 PFC措施。雖然 AC輸入電壓仍大體保持正弦波波形，但 AC輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈沖， 其結(jié)果可由 如圖 3 所示 的 Matlab仿真圖形驗(yàn)證 。由于濾波電容的充、放電作用，在其兩端的直流電壓出現(xiàn)略呈鋸齒波 的紋波。從而產(chǎn)生大量諧波電流，而諧波電流不做功，只有基波電流成分做功，因此功率因素主要受相位 角 φ 影響?？梢?jiàn)消除諧波電流提高功率因數(shù)意義重大。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種辦公自動(dòng)化設(shè)備、家用電器、計(jì)算機(jī)等大量使用，這些設(shè)備內(nèi)部都需要一個(gè)將市電轉(zhuǎn)化為直流的電源 部分 ， 在轉(zhuǎn)換過(guò)程中由于一些非線(xiàn)性元件的存在，導(dǎo)致輸入電流、 電壓雖然是正弦波形的，但輸入的交流電流卻嚴(yán)重畸變，包含 大量諧波，不但降低了輸入電路功率因數(shù) ，也會(huì)對(duì)公共電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染 [3]。 軟開(kāi)關(guān)電路分成準(zhǔn)振諧電路、零開(kāi)關(guān) PWM電路和零轉(zhuǎn)換 PWM電路。 圖 1 軟開(kāi)關(guān)工作過(guò)程 使開(kāi)關(guān)開(kāi)通前其兩端電壓為零，則開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生耗損和噪聲，這種開(kāi)通方式稱(chēng)為零電壓開(kāi)通。 掌握 Matlab的 電力電子 仿真 。 2. 方案的實(shí)現(xiàn)與論證 軟開(kāi)關(guān) 簡(jiǎn)介 通過(guò)在開(kāi)關(guān)過(guò)程前后引入諧振，使開(kāi)關(guān)開(kāi)通前電壓先降到零，關(guān)斷前電流先降到零，就可以消除開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓、電流的重疊，降低它們的變化率，從而減小甚至消除開(kāi)關(guān)損耗。是開(kāi)關(guān)關(guān)斷前其電流為零，則開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生耗損和噪聲，這種關(guān)斷方式稱(chēng)為零電流關(guān)斷。 各種電路的具體分析過(guò)程可參考文獻(xiàn) [1,2]。 近年來(lái) 開(kāi)關(guān)電源 產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、 LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、 儀器儀表 、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器， LED燈具 ，通訊設(shè)備，視聽(tīng)產(chǎn)品，安防， 電腦機(jī)箱 ，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類(lèi)等領(lǐng)域 ，可以說(shuō)開(kāi)關(guān)電源是電網(wǎng)最主要的諧波源之一。在整流輸出電路后面采用功率因素校正能有效解決上述問(wèn)題 ，實(shí)現(xiàn)各種電源裝置網(wǎng)側(cè)電流正弦化，使功率因素接近于 1，并且極大地減少諧波電流，消除無(wú)功損耗。對(duì)于相控整流電路，提高功率因數(shù)的措施，一般是在負(fù)載端添加一個(gè)性質(zhì)相反的電抗元件，如電網(wǎng)呈電感性，通常采用電容補(bǔ)償法，最簡(jiǎn)單的方法就是在電感性負(fù)載的兩端并聯(lián)電容器。濾波電容上電壓的最小值遠(yuǎn)非為零，與其最大值 (紋波峰值 )相差并不多。這種嚴(yán)重失真的電流波形含有大量的諧波成份，引起線(xiàn)路功率 因數(shù)嚴(yán)重下降。 PFC分無(wú)源和有源兩種類(lèi)型。 高頻 有源 PFC（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為 APFC） 電路 由 DC/DC變換器組成。 高頻 有源 PFC電路 相當(dāng)復(fù)雜，但半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展為該技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 PFC變換器有不同的分類(lèi)方法。在通用線(xiàn)路輸入下，最高 AC線(xiàn)路電壓往往達(dá) 270V，故 PFC變換器輸出 DC電壓至少是 380V(270V√ 2V)，通常都設(shè)置在 400V的電平上。如圖 5的 Matlab仿真結(jié)果所示，當(dāng)沒(méi)有加入 APFC，只是用一個(gè) IGBT代替控制系統(tǒng)時(shí)，電路運(yùn)行穩(wěn)定后，輸入電流雖然比圖 3的波形好但是仍然有明顯的畸變。 DCM升壓型 PFC控制 IC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及由其組成的預(yù)變換器電路 如圖 6所示， 當(dāng) AC線(xiàn)路電壓從零按正弦規(guī)律變化時(shí)，乘法器輸出 VMO為 比較器建立的門(mén)限強(qiáng)迫通過(guò) L的峰值電流跟蹤 AC電壓的軌跡。 在 DCM下工作的 PFC升壓變換器相關(guān) 8 電壓和電流波形如圖 7所示 . 圖 6 DCM升壓型 PFC控制 IC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及由其組成的預(yù)變換器電路 圖 7 DCM下 工作的 PFC升壓變換器相關(guān)電壓、 電流波形 9 圖 8 CCM下工作的 PFC升壓變換器 相關(guān)電壓、 電流波形 工作于 DCM的 PFC升壓變換器開(kāi)關(guān)頻率不是固定的。這類(lèi)變換器的開(kāi)關(guān)占空比是變化的，但開(kāi)關(guān)周期相同。 控制方式 一般有 峰值電流控制、 平均電流控制 和電流滯環(huán)控制 。本設(shè)計(jì)將 采用平均電流控制法。 通常的 Boost APFC原理圖如圖 9所示 ， 該電路的 Boost升壓控制采取的是硬開(kāi)關(guān)方式 ，其拓?fù)鋱D如圖 10所示。 在硬開(kāi)關(guān)電路中 ,VM 的開(kāi)通導(dǎo)致 VD 關(guān)斷 ,而關(guān)斷過(guò)程初始電流和 ti dd/ 的大小決定了 VD 關(guān)斷損耗的大小?；诖?，可見(jiàn) 零 電壓轉(zhuǎn)換(ZeroVoltageTransition， ZVT ) 軟開(kāi)關(guān)技術(shù) （ ZVT 軟開(kāi)關(guān)是通過(guò)在 VM 兩端并聯(lián)含有輔助開(kāi)關(guān)VM1 的 LC 諧振回路來(lái)獲得零電壓開(kāi)關(guān) ( ZVS) 的 ）可以使電路的效率更高，因而本設(shè)計(jì)將采用 ZVT PFC校正電路。 ② t0～ t1 階段 ， 在 t0時(shí)刻， VM 1開(kāi)通， Lr中的電流 ILr 線(xiàn)性增長(zhǎng) ， 同時(shí) D1的電流 ID1 以互補(bǔ)的方式 線(xiàn)性下降 ，直到 t1時(shí)刻， ILr =IL (IL為電感 L的電流 等于 IIN)，此時(shí) ID1 =0， D1軟關(guān)斷 。 rr CLt 212 ?? 。此階段 VM是導(dǎo)通的。 ⑦ t 5~ t 6階段， t 5 時(shí)刻 ， VM 的驅(qū)動(dòng) 關(guān)斷 ， D1 導(dǎo)通 。 ZVT PFC 電路的設(shè)計(jì)主要集中在兩個(gè)參數(shù) ： 一個(gè)是諧振電感 Lr ， 一個(gè)是諧振電容 Cr 。因此 ， 在設(shè)計(jì) Lr 時(shí) ,應(yīng)根據(jù)快恢復(fù)二極管電流的反向恢復(fù) 時(shí)間 t rr來(lái)確定。但是較大的 Cr 會(huì)造成主開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通時(shí)產(chǎn)生較大的 d i F/ d t ， 增加主開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通損耗。 （ 2） UC3855控制芯片 PFC 控制電路采用集成控制芯片，目前在實(shí)際產(chǎn)品中應(yīng)用最多的當(dāng)屬平均電流型控制，典型 IC 為美國(guó) TI 公司的 UC3854 和 UC3855。同時(shí)， UC3855 還采用有源緩沖與零電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)，大大降低了二極管恢復(fù)時(shí)間和 MOSFET 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通損耗，具有 EMI 低、效率高等特點(diǎn)。在大功率 PFC 電路中 , UC3855 具有較高的信噪比 ,基本上可忽略電流取樣損耗。電流放大器輸出電壓范圍是 0. 1～ 7. 5V。該腳和 GND 之間接入一個(gè)電阻 ， 可產(chǎn)生與輸出電壓成正比的電流。 電流取樣信號(hào)加到該腳和 GND 間的電容上。 引腳 4（ ION）： 電流取樣輸入端 。 引腳 5（ CS）：電流取樣值匹配輸出端。同時(shí)，該端還接入峰值限流比較器的輸入電壓。這樣可使 PFC 升壓穩(wěn)壓器具有通用輸入電源電壓的特點(diǎn)。 引腳 7（ OVP）：輸出過(guò)電壓檢測(cè)輸入端。該腳電平高于 7. 5V 時(shí) ， 滯后 OV P 比較器置位 PWM 鎖存器 ， 同時(shí) ZVTOU T 腳和 GTDRIV E 腳的輸出也被關(guān)斷 ， 直至 OV P 腳電平下降 400mV 后 ， 才能恢復(fù)正常工作。該腳可向外部電路提供 25mA 的電流并且內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)短路電流限制。該腳與地之間應(yīng)接入一個(gè) 1μ F 的低 ESL 、低 ESR 陶瓷電容器。 該腳輸出峰值為 1. 5A 的推拉電流 ,驅(qū)動(dòng)外接的 MOSFET 。 引腳 11（ GND）：接地端。 此腳可輸出 750mA 峰值電流以驅(qū)動(dòng)外接的 MOSFET 。 引腳 13（ ZVS）：零電壓檢測(cè)輸入端。 15 當(dāng)漏極電壓為 0V 時(shí) ,ZVS 腳電壓約為 0. 7V， 低于 ZVS 比較器門(mén)限 2. 5V。 接在 CT 腳和 GND 腳之間的電容器將根據(jù)公式 f ≈ 1 / (11200 CT ) 設(shè)定 PWM 振蕩器的頻率。 使用中，該端通過(guò)一電容接地。使用中，通常在該端與