【文章內(nèi)容簡介】 以后，電流才從斷態(tài)值上升到通態(tài)值，開關(guān)器件進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在t2以前開關(guān)器件電流必須維持在斷態(tài)值（約等于零）。零電壓關(guān)斷：關(guān)斷命令在t1時刻給出，開關(guān)器件電流從通態(tài)值下降到斷態(tài)值后，端電壓才從通態(tài)值上升到斷態(tài)值，開關(guān)器件進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在t2以前，開關(guān)器件的端電壓必須維持在通態(tài)值（約等于零）。零電壓開通：開通命令在t2時刻或其后給出，開關(guān)器件電流從斷態(tài)值上升到通態(tài)值，開關(guān)器件進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在t2以前，開關(guān)器件端電壓必須下降到通態(tài)值（約等于零），并且在電流上升到通態(tài)值以前維持在零。圖45為零電壓開關(guān)[17]的基本實(shí)現(xiàn)方法，開關(guān)管零電壓關(guān)斷的實(shí)現(xiàn)是通過與開關(guān)管并聯(lián)的電容來實(shí)現(xiàn)的，由于并聯(lián)電容的存在，減小了開關(guān)管的漏源電壓的上升率，在開關(guān)管中的電流衰減到零時，Vd依然保持較小值，因此實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。開關(guān)管零電壓開通是通過與其串聯(lián)的電感實(shí)現(xiàn)的。在開關(guān)管開通前，電感中的電流為負(fù)，開關(guān)管的漏源電容放電，只要電感中有足夠的能量，在開關(guān)管開通前使Vd降為零，就創(chuàng)造了開關(guān)管零電壓開通的條件。與開關(guān)管并聯(lián)的二極管在開關(guān)管漏源電壓降到零后，提供電感電流通路，開關(guān)管可在這個時間段開通，電感電流在外部電壓的作用下變?yōu)檎蚝螅瑥拈_關(guān)管中流通，從而完成了零電壓開通的過程。從圖中可知零電壓開關(guān)時，寄生電容中的能量是反饋到電源中去，沒有消耗在開關(guān)管中。與零電流開關(guān)比零電壓開關(guān)可以獲得較高的效率，從而提高開關(guān)頻率。圖45 零電壓開關(guān)基本原理非隔離型單相硬開關(guān)有源功率因數(shù)校正電路主要有升壓型（Boost）、降壓型（Buck）、升降壓型（BuckBoost）[3]等。Boost 型PFC主電路[16]主要優(yōu)點(diǎn)：輸入電流完全連續(xù)，并且在整個輸入電壓的正弦周期都可以調(diào)制，因此可獲得很高的功率因數(shù)；電感電流即為輸入電流，容易調(diào)節(jié)；開關(guān)管門極驅(qū)動信號地與輸出共地，驅(qū)動簡單；輸入電流連續(xù)，開關(guān)管的電流峰值較小，對輸入電壓變化適應(yīng)性強(qiáng)，適用于網(wǎng)壓變化特別大的場合。主要缺點(diǎn)：輸出電壓必須大于輸入電壓的最大值，所以輸出電壓比較高；不能利用開關(guān)管實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)。圖46 Boost 型PFC主電路原理圖Buck型主電路原理圖[16]主要優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)管所受的最大電壓為輸入電壓的最大值，因此開關(guān)管的電壓應(yīng)力比較小；后級短路時，可以利用開關(guān)管實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)。主要缺點(diǎn)：由于輸入電壓大于輸出電壓，該電路才能工作，所以在每個輸入正弦周期中，該電路有一段因輸入電壓低而不能正常工作，輸出電壓較低，相同功率等級時，后級DC/DC變換器電流應(yīng)力較大，開關(guān)管門極驅(qū)動信號地與輸出地不同，驅(qū)動比較復(fù)雜，輸入電流斷續(xù)，因此功率因數(shù)不可能提高很多。圖47 Buck型主電路原理圖BuckBoost 型主電路[16]主要優(yōu)點(diǎn)：即可對輸入電壓升壓，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(jù)后級的不同的要求設(shè)計；利用開關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)。主要缺點(diǎn)：開關(guān)管所受的電壓為輸入電壓與輸出電壓之和，因此開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大；由于每個開關(guān)周中，只有在開關(guān)管導(dǎo)通時才有輸入電流，因此峰值電流較大；開關(guān)管門極驅(qū)動信號地與輸出地不同，驅(qū)動比較復(fù)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(shè)計。圖48 BuckBoost 型主電路原理圖綜合以上考慮，本設(shè)計采用Boost 升壓型變換器，其中MOSS管用HFS9N50型號的，額定電壓是500V。 Boost變換器參數(shù)計算（1）升壓電感L電感器在線路中起著能量的傳遞，儲存和濾波等作用，并決定了輸入端的高頻紋波電路總量，因此按照限制電流脈動最小的原則來確定電感值?？紤]最差的情況：輸出功率最大，輸入電壓最低。此時，輸入電流最大，紋波也最大，為了保證在這種情況下輸入電流的紋波仍滿足要求，電感的設(shè)計應(yīng)該在輸入電壓最低點(diǎn)進(jìn)行計算?？梢栽O(shè)定該電路的參數(shù)如下：輸入電壓Vin=198～242V，輸出功率Po=480W，輸出電壓Vo=400V效率η≥90%，開關(guān)頻率。確定輸入電流的最大峰值：當(dāng)輸入電壓最小時，輸入電流最大： （41）設(shè)定允許的電感電流最大紋波，通常選擇在最大峰值線路電流的20%左右，所以： （42）確定電感電流出現(xiàn)最大峰值的占空比，當(dāng)輸入電壓達(dá)到峰值時，輸入電流也應(yīng)該達(dá)到峰值，此時電流紋波最大，因此，應(yīng)在最小輸入電壓的峰值點(diǎn)處計算占空比，有： （43）計算升壓電感值： （44）（2）輸出電容C選擇輸出電容時要考慮到的因素有：開關(guān)頻率紋波電流、二次諧波紋波電流、直流輸出電壓、輸出電壓紋波、維持時間、流過輸出電容器的總電流是開關(guān)頻率紋波電流的有效值和線路電流二次諧波；通常選擇長壽命、低漏阻、能耐較大紋波電流，且工作范圍較寬的鋁電解電容，并且耐壓的選擇應(yīng)留有充分的余量，以避免超負(fù)荷工作。電容電壓在此期間允許的跌落為50V。對輸出電容的計算按維持時間計算： （45）取＝36ms。 （46）實(shí)際應(yīng)用時取2個470μF/450V的電解電容并聯(lián)，可降低電容的等效電阻（ESR）和等效電感（ESL）。（3）電流取樣電阻通常有兩種電流傳感檢測方法，即在變換器接地線反引端串聯(lián)一個取樣電阻來檢測輸入電流或用兩個電流互感器。采用取樣電阻檢測輸入電流要比電流互感器成本低，它主要使用于功率和輸入電流較小的場合。故本設(shè)計選擇取樣電阻來檢測輸入電流的方法。電流取樣電阻Rs上的壓降Vs作為輸入電流取樣信號，通過電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用，使輸入電流呈正弦波形。電流取樣電阻Rs上的電壓的典型值1V。求出： （47）計算電流取樣電阻值 （48）。計算峰值檢測電壓的實(shí)際值　 （49）（4）功率開關(guān)管和二極管當(dāng)功率開關(guān)管[19]導(dǎo)通時，二極管反向截止，流經(jīng)開關(guān)管的電流為電感電流，二極管上的反向電壓為輸出電壓；當(dāng)功率開關(guān)管判斷時，二極管正向?qū)ǎ_關(guān)管上的電壓為輸出電壓，流經(jīng)二極管的電流為電感電流。因此在選擇開關(guān)管和二極管時，其額定電壓必須大于輸出電壓，額定電流大于電感電流的最大值。，則如式（410）、（411）所示。 （410） （411）功率開關(guān)管選取Intersil公司的IRFP460為功率MOSFET，其額定電壓為500V，額定電流為20A；續(xù)流二極管選用IXYS公司的快恢復(fù)二極管DESl3006，其額定電壓為600V，額定電流為30A，反向恢復(fù)時間為35ns。 Boost變換器驅(qū)動電路設(shè)計Boost升壓型變換器的驅(qū)動芯片用UC3854，UC3854是一種高功率因數(shù)校正集成控制電路芯片，其主要特點(diǎn)是：PWM升壓電路，THD5％，適用于任何的開關(guān)器件；采用通用的工作模式，無需開關(guān)；采用平均電流控制模式，噪聲靈敏度低、啟動電流低；具有高精度基準(zhǔn)電壓和精確的參考電壓。采用UC3854組成的功率因數(shù)校正電路當(dāng)輸入電壓在85~260V之間變化時，輸出電壓保持穩(wěn)定，因此也可作為AC/DC穩(wěn)壓電源。UC3854采用推拉式輸出級，輸出電流可達(dá)1A以上，因此輸出的固定頻率PWM脈沖可驅(qū)動大功率MOSFET。UC3854的外圍電路圖[20]如圖49所示。圖49 UC3854外圍接線圖（1）峰值電流限流電阻和（分別是圖49中的R10和R6）UC3854具有峰值電流限制的功能[11,18]，當(dāng)輸入電流瞬時值超過最大電流限時，使開關(guān)管關(guān)斷。這個功能由和組成的分壓網(wǎng)絡(luò)和峰值限制比較器來完成。兩電阻的選取一般要考慮到峰值電流的過載量，則：峰值電流過載值： （412）檢測電壓過載值： （413）通常選為定值，典型值為，又由于基準(zhǔn)電壓Vref=，則可由分壓網(wǎng)絡(luò)得： （414）取。（2）前饋分壓電路分壓電路結(jié)構(gòu)如圖410所示，由、和（分別是圖49中的RRRC13和C15）組成一個二階RC低通濾波器。圖410 分壓電路結(jié)構(gòu)圖前饋分壓電阻的確定全波整流電壓的有效值等于輸入正弦電壓的有效值，其平均值正比于有效值，有如下關(guān)系： （415）故前饋電壓的平均值為： （416），故有如下聯(lián)立議程： （417）　 （418）常選，可得。計算濾波電容值為計算出濾波電容，%，%。因此輸入諧波失真預(yù)算百分比(濾波衰減值)為： （419）由此可得濾波電容參數(shù)： （420） （421）其中為輸入二次諧波。 （422）（3）乘法器設(shè)計乘法器是PFC電路的核心[18]，其輸出電流是電流環(huán)的基準(zhǔn)信號，用來校正輸入電流，提高功率因數(shù)。乘法器的工作可由下式描述： （423）其中，是乘法器的輸出電流；為1；是基準(zhǔn)電壓取樣信號（乘法器的輸入電流），最大為600uA；是前饋電壓，是電壓誤差放大器的輸出信號。選擇（圖49中的R3）乘法器的基準(zhǔn)信號由整流電壓經(jīng)電阻轉(zhuǎn)化而來，所以的選取的選取按最大輸入線電壓的峰值除以乘法器的最大輸入電流來計算。最大輸入電壓的峰值： （424）乘法器的最大輸入電流，故 （425） 選擇（圖49中的R13）這是一個偏置電阻，作為和的分壓器處理。，故 （426）選擇（圖49中的R18）因?yàn)樾枰紤]不能大于流過電阻兩倍的電流，故先求最低交流電壓狀態(tài)下乘法器的輸入電流。 （427）則有： （428） 選擇（圖49中的R5）上的電壓必須等于低電網(wǎng)線路輸入電壓峰值電流限制時Rs上的電壓： （429）（4）振蕩器的設(shè)計振蕩器的充電電流值由值決定，而PWM振蕩器頻率即由定時電容與充電電流設(shè)置，可表示為： （430）式（430）中，（圖49中的C29）為定時器電容，為開關(guān)頻率，是定時電阻。所以振蕩器的定時電容為： （431）（5）電流誤差放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計開關(guān)頻率點(diǎn)的電流誤差放大器增益計算因電感電流下斜在檢測電阻上的電壓，然后除以開關(guān)頻率，用代替電流互感器(/N)，方程式為： （432）該電壓必須等于的峰峰值，即定時電容上的電壓()。則誤差放大器的增益為： （433）反饋電阻器，設(shè)=（圖49中的R7） （434）電流環(huán)穿越頻率： （435）代入數(shù)值得。零點(diǎn)補(bǔ)償電容（圖49中的C22），相位容限等于45度，零點(diǎn)頻率等于截止頻率，即在環(huán)路的截至頻率設(shè)零點(diǎn)，則零點(diǎn)補(bǔ)償電容 （436）極點(diǎn)補(bǔ)償電容（圖49中的C21）極點(diǎn)頻率至少高于功率開關(guān)切換頻率的一半，即極點(diǎn)必須在以上，則極點(diǎn)補(bǔ)償電容為： （437）（6）電壓誤差放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計輸出紋波電壓主電路的輸出紋波電壓由下式給定，式中是二次諧波紋波的頻率： （438）放大器的輸出紋波電壓和增益為了使減小到電壓誤差放大器輸出所允許的紋波電壓，應(yīng)按如下關(guān)系設(shè)置電壓誤差放大器在二次諧波頻率點(diǎn)上的增益值： （439）