一種輸入電流間接控制的有源功率因數校正電路

摘要：分析了一種簡單實用的輸入電流間接控制的有源功率因數校正電路，給出了仿真和實驗結果。

關鍵詞：有源功率因數校正；總諧波畸變；功率因數；仿真

Active Power Factor Corrector with Indirect Control Method

XU Yun-zhong,XIONG Rui

Abstract:A simple and effective active power factor corrector with the indirect control method is analyzed.The simulation and experiment results is given.

Keywords:Active power factor correction;Total harmonic distortion;Power factor;Simulation

1 引言

常用的有源功率因數校正（APFC）方法有三種，即電流峰值控制法、電流滯環控制法和平均電流控制法[1]。這三種控制方法都需要檢測整流橋輸出電壓，屬于輸入電流直接控制的有源功率因數校正方法，可以使電路的輸入功率因數校正到0.99以上，但是控制原理比較復雜，需要檢測的量較多，檢測電路較為復雜，且控制電路成本較高。

本文分析了一種輸入電流間接控制的有源功率因數校正電路，只需檢測電感電流，控制原理和控制電路都比較簡單實用，且控制電路成本很低。

2 輸入電流直接控制的有源功率因數校正方法原理分析

圖1所示為常用的Boost有源功率因數校正原理圖。

圖1 常 用APFC原 理 圖

主電路的輸出電壓Uo和基準電壓Ur比較后，輸入給電壓誤差放大器VA，整流橋輸出電壓Udcc和VA的輸出電壓信號共同加到乘法器M的輸入端，乘法器M的輸出作為電流反饋控制的基準信號，與開關電流is比較后，經過電流誤差放大器CA加到PWM控制部分，控制開關管S的通斷，從而使輸入電流（即電感電流）iL的波形與整流橋輸出電壓Udc的波形一致，進而使電流諧波大為減少，提高電路的輸入功率因數。

3 輸入電流間接控制的有源功率因數校正方法原理分析

輸入電流間接控制的有源功率因數校正方法可以檢測下面三個量中的任何一個：電感電流、開關管

電 流 或 二 極 管 電 流 。 圖2為 檢 測 電 感 電 流 的 一 種 控 制 原 理 圖 。

圖2 輸 入 電 流 間 接 控 制APFC原 理 圖

整流橋輸出電壓Udc即是后級Boost電路的輸入電壓，開關管S的導通占空比設為Don，則有

Uo=Udc/(1－Don) （1）

所以有

Udc/iL=(1－Don)Uo/iL （2）

假定電路輸入功率因數為1，則有

Udc/iL=Rin （3）

由式（2）和式（3）可導出

Don=1－(Rin/Uo)iL （4）

設定Rin/Uo=k（k為一常數），則有

Don=1－kiL （5）

由上述推導可以看出，按式（5）控制開關管的導通占空比Don，在理論上完全可以使電路輸入功率因數為1。

4 仿真和實驗結果

依照圖2原理圖，設定下述實驗參數：

Ui=311sin(100πt)V（即市電輸入），L=1mH，Co=940μF（兩個470μF并聯），Cin=0.1μF，R=200Ω，開關頻率fs=40kHz，開關管S選用IRFP460，二極管D選用DSEI30—10A，控制芯片選用TL494，電感電流采用霍爾檢測（電流轉換為電壓的比例為1∶0?3），慣性環節構成的低通濾波器帶寬設定為1kHz。

在MatlabSimulink環境下，對上述實際系統進行建模仿真，仿真結果如圖3所示。

圖3 輸 入 電 壓 和 輸 入 電 流 仿 真 結 果

上述仿真的輸入電流總諧波畸變率THD=13.41％，輸入功率因數PF=0.994。

電路實測輸入電壓和輸入電流波形如圖4所示。

圖 4 實 驗 實 測 輸 入 電 壓 和 輸 入 電 流 波 形（ 電 壓 100 V/格 ， 電 流 5 A/格 ）

輸入電壓總諧波畸變率 THD=10.87％，輸入電流總諧波畸變率THD=14.13％，電路輸入功率因數PF=0.992。

值得指出的是，由TL494及其外圍電路構成的控制電路的成本較常用的由UC3854及其外圍電路構成的控制電路的成本要低得多。

5 結語

仿真和實驗結果都表明，該輸入電流間接控制的有源功率因數校正方法可以使電路的輸入功率因數達到0.99以上，并且控制原理簡單實用，控制電路成本很低。

參考文獻

[1] 張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計.北京:電子工業出版社,1998.