【導(dǎo)讀】為研發(fā)的主流技術(shù)。本文將PFC技術(shù)、準(zhǔn)諧振DC/DC變換與同步整流技術(shù)相結(jié)。的影響，又能保證高效率，且控制簡單，可靠實用，因而具有一定的應(yīng)用價值。本文首先闡述了開關(guān)電源、功率因數(shù)校正技術(shù)和同步整流技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀，型變換器的效率一般都較低，所以本文在傳統(tǒng)同步整流技術(shù)基礎(chǔ)上對其加以改進(jìn)，設(shè)計出一種新穎、高效的同步整流方案。對于寬電壓范圍啟動過沖問題，本位設(shè)。計出一種防止過沖的啟動控制電路。最后為降低電磁干擾(Electromagic. 文中對部分電路用OrCADPspiceA/D仿真軟件進(jìn)行了仿真，選取了元器件，制作樣機(jī)進(jìn)行了硬件調(diào)試，分析試驗數(shù)據(jù)并與仿真波形對比，實驗結(jié)果令人滿意，文末還明確了下一步工作的重點。

　　

【正文】 江 蘇 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 17 前端有對輸入交流電源整流的整流橋，整流橋后可加小電容用來濾波，還可使 PFC在整流后交流半波低電壓交匯處也能夠連續(xù)工作。輸出電壓取樣通過誤差放大器能夠使輸出電壓保持恒定。同時，開 關(guān)管下端的電流取樣通過電流整形網(wǎng)絡(luò)使得輸入電流能夠跟隨輸入電壓變化，通過電流取樣還可起到過流保護(hù)作用。電流整形網(wǎng)絡(luò)的主要功能是迫使電感電流的平均值跟隨參考乘法器產(chǎn)生的電流控制信號。 開關(guān) 管的開關(guān)主要通過電感次級線圈的零電流檢測和控制邏輯功能來實現(xiàn)，當(dāng)電感電流降低到零時，開關(guān)管無損耗且軟性導(dǎo)通，當(dāng)電感電流上升到基準(zhǔn)輸入電流峰值時，開關(guān)管關(guān)斷，如此周而復(fù)始。 圖中還有一個特點，就是有一個輸出 /輸 入 電壓跟隨控制電路， 該 控制電路可使 PFC 輸出電壓根據(jù)輸入電壓的變化而相應(yīng)的作自動調(diào)整， 從而在 寬范圍的輸入電壓 下 得到寬范圍 PFC 輸出電壓，克服了 Boost 輸出電壓過高而恒定不變的缺點。 有源功率因數(shù)校正控制電路 控制回路是由電流環(huán)和電壓環(huán)雙環(huán)組成。電流控制環(huán)由電流調(diào)節(jié)器、 PWM 調(diào)節(jié)器和功率轉(zhuǎn)換電路組成，其作用是迫使輸入電流跟蹤輸入電壓的波形 。 電壓控制環(huán)起穩(wěn)定輸出電壓的作用。輸出電壓的大小可以通過控制標(biāo)準(zhǔn)電流信號的平均幅值的變化來實現(xiàn)，整流后的線電壓和電壓誤差放大器的輸出通過參考乘法器相乘來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的電流控制信號，因此，產(chǎn)生的輸出電壓的電流控制信號有輸入電壓的波形和平均幅值。如圖 中的參考乘法器所示，乘法器的輸出是 一個電流控制信號，輸入乘法器的整流線電壓信號是電流信號，而 非 電壓信號。 圖 中，電壓環(huán)由輸出電壓取樣電路、誤差放大器和參考乘法器組成。輸出電壓的穩(wěn)定首先通過取樣電路產(chǎn)生輸出電壓取樣信號，在誤差放大器的輸入端有一基準(zhǔn)電壓，輸出電壓取樣信號與基準(zhǔn)電壓比較放大后輸出一誤差信號。整流后的線電壓經(jīng)一定比例取樣后產(chǎn)生一基準(zhǔn)電流信號，在參考乘法器中與誤差信號相乘產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的電流控制信號，通過標(biāo)準(zhǔn)的電流控制信號來調(diào)整電感電流的平均值大小，相應(yīng) 地 來控制輸出電壓的穩(wěn)定。例如，若輸出電壓有擾動升高，則取樣信號變大，誤差放大器輸 出一反相的較大的誤差信號，因基準(zhǔn)電流信號不變，參考乘法器輸出比原來幅值較低的標(biāo)準(zhǔn)電流控制信號，這樣使電感電流平均值降低，相應(yīng) 地 使輸出電壓降低；反之亦然，若輸出電壓有擾動降低，也能夠通過自 動調(diào)第二章 有源功率因數(shù)校正電路 18 節(jié)使輸出電壓升高，因而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 電流環(huán)包含在電壓環(huán)內(nèi)，主要由電流取樣 和 電流整形網(wǎng)絡(luò)組成。其電流峰值大小由標(biāo)準(zhǔn)電流控制信號峰值決定。開關(guān)管導(dǎo)通后，電感電流上升，當(dāng)上升到標(biāo)準(zhǔn)電流控制信號峰值時開關(guān)管關(guān)斷，電感電流開始下降，當(dāng)下降到零時，開關(guān)管又開始導(dǎo)通，如此循環(huán)工作。電流環(huán)本身自動調(diào)節(jié)是通過電壓環(huán)來實現(xiàn)的，而 且誤差放大器的輸出可以進(jìn)行功率輸入控制，實際上控制了提供給負(fù)載的功率。如：當(dāng)負(fù)載擾動變大時，輸出電容電壓首先下降，由于電壓環(huán)的瞬態(tài)響應(yīng)，相應(yīng) 地 會產(chǎn)生一個幅值較大的標(biāo)準(zhǔn)電流控制信號，使電感電流幅值也跟著增大，從而穩(wěn)定輸出電壓。產(chǎn)生新的幅值較大的標(biāo)準(zhǔn)電流控制信號并不是瞬態(tài)完成的而需要一個過程，當(dāng)達(dá)到輸出功率和輸出電壓穩(wěn)定平衡時，才產(chǎn)生穩(wěn)定的新的標(biāo)準(zhǔn)電流控制信號。電流的控制信號必須和整流后的電壓信號盡可能地緊密配合，以使功率因數(shù)盡可能地大。如果電壓環(huán)的頻帶寬太大，它就會調(diào)制輸入電流使輸出電壓恒定，這將會造成輸入電 流失真。因此，電壓環(huán)的頻寬必須小于輸入 電壓 頻 率 ，但電壓環(huán)的瞬態(tài)響應(yīng)又要 加 快，這就要求電壓環(huán)的頻帶比較寬，所以 將 電壓環(huán)的頻帶寬盡量 接 近輸入 電壓的 帶寬，使輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)盡可能 的 快。 控制芯片的選擇 根據(jù)本課題的要求，控制芯片采用低成本、校正效果明顯的 英飛凌 公司生產(chǎn)的 CRM 導(dǎo)電模式的控制芯片 TDA4863，它是 一種用于 Boost 升壓變換 的 電路。 有源功率因數(shù)校正控制芯片 TDA4863 簡介 TDA4863 是一種能夠?qū)崿F(xiàn) CRM 導(dǎo)電模式的有源功率因數(shù)校正控制芯片。它可以控制實現(xiàn)功率因數(shù)接 近 1 且較低的 THD 值， 它 本身含有有源諧波濾波器，能夠限制因輸出電容脈動充放電所造成的電流諧波 ，并 可在輸入交流電壓 90Vac ~270Vac、工作頻率 500kHz 或更高情況下 工作 。其特點是：可以控制 AC/DC Boost變換電路的輸入端功率因數(shù)接近 1；啟動電流低，功率消耗小；不連續(xù)導(dǎo)電模式，零電流檢測；限制輸入電流的 THD 值；電壓誤差放大器頻帶較寬 （ 5MHz） ； 具有過壓、欠壓、 過 流 保護(hù)環(huán)節(jié) 等 ， 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 江 蘇 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 19 由圖 可見， TDA4863 控制芯片包括：內(nèi)部啟動定時器、電壓誤差放大器VOP、模擬乘法器 Multiplier、電流檢測比較器 C零電流控制器 C PWM 邏輯電路及推挽功率管 MOSFET 的控制驅(qū)動器、電壓精度為 1%的 的基準(zhǔn)電壓等 ，它可以完成具有遲滯的輸入欠壓鎖定、 VCC 齊納鉗位、逐周電流限制、快速和慢速負(fù)載變化 (直到開路 )時的輸出電壓限制以及欠壓發(fā)生時控制驅(qū)動器電流的吸收，還有過壓、過流保護(hù)等功能。 模擬乘法器的輸出信號 QM 作為標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)電流信號，它與乘法器的輸入電流 信號 M1和 來自誤差放大器的信號 M2的關(guān)系為 KUMMQ ???? )( FB21M 其中， UFB為輸出電壓反饋信號基準(zhǔn)值，為 ； K 為比例系數(shù)，取值為 ；M1為基準(zhǔn)的電流信號，由輸入電壓經(jīng)分壓后得到，動態(tài)幅度約為 － ~ ，從M2中減去 UFB是芯片設(shè)計得要求。 有源功率因數(shù)校正電路的設(shè)計 有源功率因數(shù)校正主電路的設(shè)計 在 臨界導(dǎo)電模式下 設(shè)計 的主電路圖如圖 所示。在臨界導(dǎo)電模式下，電感電流必 須 在下一周期之前下降到零。這一模式下的工作效率較高，而且沒有升壓整21358764amp。0000參 參 參 參參 參 參 參 1 4 V ~ 1 1 V2 . 5 V 參 參 參 參1 0 k參 參 參 參 參 參參 參 參5kamp。000amp。000SRM10 V . . . 4 VM22 . 5 V . . . 4 . 3VM3QM= M1* ( M2 UF B) * KK = 0 . 6 5 V 1UF B= 2 , 5 V1 . 0 VC10 , 6 V0 . 2 V2 . 2 V1 . 2V5 VC2C3C4T D A 4 8 6 31 . 5 V1 . 0 V1 6VV OP0 . 2 5VC504 0 181。 A4 0 0 n sL E BV S E N S EV A O U TM U L T I NI S E N SED E T I NG N DG T D R VVC C參 參 參參 參 參參 參 參參 參 參 參參 參 參參 參 參參 參參 參 參參 參 參參參 參參 參 參參 參 參 參參 參 參 參 圖 TDA4863 電路結(jié)構(gòu)框圖 第二章 有源功率因數(shù)校正電路 20 流 器的反向恢復(fù)損耗，因為 MOSFET 在電感電流達(dá)到零之前無法導(dǎo)通。因為周期 之間沒 有死區(qū)時間，交流線路電流是連續(xù)的，這就將峰值開關(guān)電流限制在了平均輸入電流的兩倍水平。因為轉(zhuǎn)換器工作在臨界導(dǎo)電模式，所以工作頻率是可變 （ 3） 電感波形 電感波形如圖 所示。電感電壓與電感電流關(guān)系如下式： tiLU dd? （ 26）式中， U＝ Uin(t)，是電感兩端的瞬時電壓， L 為電感初級電感量。假設(shè)線路的每個半周期內(nèi)電感值和導(dǎo)通時間恒定，那么 di 實際上就是峰值電流 ILpk，這是因為電感總是在零電流時開始充電。 Ui n( t )IL( t )Ii n( t )IL p kIi n p kUi n p kO FFO Nt( U 參 I ) 圖 電感波形 （ 4） PFC 電源部分設(shè)計 瞬時輸入電壓為 Uin(t)；峰值輸入電壓為 Uinpk ， Uin(t)和 Uinpk之間的關(guān)系體現(xiàn)A C..參參+V D1V D2C21 8 0 181。 FV T1LC14 . 7 181。 FS T T H 8 L 0 6F PS P W 1 6 N 5 0C 3R11 0V T2R30 . 2 2R25.1kV D31 N 4 1 48T D A 4 86 37R46 8k564R51 0 01R6R7R85 . 1 k2 . 4 6 M1 5 . 5 kAAR9R1 02 . 4 6 M3 0 0kC31 0 n F3.2R1 13 0 kC40 . 1 181。 FC56 8 0 n FV c c = + 1 6 V8 圖 APFC 主電路圖 江 蘇 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 21 在下述方程： )(s in)( in p kin ωtUtU ? （ 27）其中 inrmsinpk 2UU ? （ 28） Uinrms 為輸入電壓有效值。瞬時輸入電流為 Iin(t)，峰值輸入電流為 Iinpk ， Iin(t)和 Iinpk之間的關(guān)系體現(xiàn)在下述方程： )sin ()( in p kin tItI ?? （ 29）其中 inrmsinpk 2II ? （ 210） PFC 電路的輸入功率 Pin 可以通過將式 （ 28） 和式 （ 210） 代入，表示成下列方程： 222 inpkinpkinpkinpkinr m sinr m sin IUIUIUP ???? （ 211）輸出功率 Po 為： inooo PIUP ??? （ 212）對于低線電壓工作，效率 η 一般設(shè)為 92%，在高線電壓工作時一般為 95%。把式（ 211） 代入式 （ 212） 得 2 inp kinp kino IUPP ?? ?? （ 213）用 Iinpk表示上式得到 in r m soin p koin p k 22 U PU PI ?? ?? （ 214）平均輸入電流等于平均電感電流 IL(avg) inL(avg) II ? （ 215）已經(jīng)知道在臨界導(dǎo)電工作中，峰值電感電流 ILpk 為平均電感電流 IL(avg)的兩倍，于是有： 第二章 有源功率因數(shù)校正電路 22 inr m soL ( a vg) m a xL pk 222 U PII ??? （ 216）因為 ILpk在要求的最小交流線路電壓 Uac(LL)下最大，又有： ac(LL)oLpk 22U PI ?? （ 217）在本課題的設(shè)計中， Po＝ 200W； η＝ 92%； Uac(LL)＝ 90V，可得 ： 20212L pk ????I （ 5） 開關(guān)時間 理論上，在式 （ 26） 中，由于 di 實際上就是峰值電流 ILpk， 而 ILpk又與電感兩端的瞬時電壓 U 大小 成比例的減小，形狀都為正弦半波。因此，可以發(fā)現(xiàn) ， dt＝ t(on)=Ldi/U= LILpk/U=恒值 ，導(dǎo)通時間 t(on)恒定。但在實際中， t(on)在交流線路穿越零點時增加，因為輸出電容 Cout上有電荷。在初始 t(on)和 t(off)計算中令 Uac=Uac(LL)。 通過電感方程式 （ 26） ，將電感充電到正確的峰值電流所需要的導(dǎo)通時間為：