正弦波輸入電流的開關(guān)電源

1引言

開關(guān)電源以其效率高，功率密度高而在電源領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位，但傳統(tǒng)的開關(guān)電源存在一個致命的弱點：功率因數(shù)低，一般為0.45～0.75，而且其無功分量基本上為高次諧波，其中三次諧波幅度約為基波幅度的95％，五次諧波幅度約為70％，七次諧波幅度約為45％，九次諧波幅度約為25％。高次諧波的危害很多文獻已有論述，不再贅述。針對高次諧波的危害，從1992年起國際上開始以立法的形式限制高次諧波，傳統(tǒng)的開關(guān)電源形式在限制之列。國外在此以前即開始改善開關(guān)電源功率因數(shù)的工作，主要是功率因數(shù)校正電路和諸多的控制IC（如UC3842～UC3855A系列，KA7524，TDA4814等）。國內(nèi)一些廠家也做了類似的工作，使開關(guān)電源的功率因數(shù)達0.95～0.99，近似于1。

2提高功率因數(shù)的方法

常規(guī)開關(guān)電源的功率因數(shù)低的根源是整流電路后的濾波電容使輸出電壓平滑，但卻使輸入電流變?yōu)榧饷}沖，如圖1所示，而整流電路后面不加濾波電路，僅為電阻性負(fù)載時，輸入電流即為正弦波，并且與電源電壓同相位，功率因數(shù)為1。于是功率因數(shù)校正電路的基本思想是將整流器與濾波電容隔開，使整流電路由電容性負(fù)載變?yōu)殡娮栊载?fù)載。在功率因數(shù)校正電路中，其隔離型電路如圖2所示。基本原理已有很多文獻論述，不再贅述。但這種電路結(jié)構(gòu)不能實現(xiàn)輸入與輸出的電隔離。為此作者經(jīng)過實踐，提出單極正弦波輸入電流的與電網(wǎng)隔離型開關(guān)電源，及實踐中需注意的問題。

圖1常規(guī)開關(guān)電源輸入電壓與輸入電流波形

圖2基本隔離型PFC電路

圖3無輸入濾波電容的反激式變換器

圖4采用控制IC的PFC電路

3功率因數(shù)為1的開關(guān)電源的實現(xiàn)

文獻[3]指出，功率因數(shù)控制可采用五種控制方式，即：

——恒頻電流連續(xù)型；

——恒關(guān)斷時間、電流連續(xù)型；

——滯環(huán)控制、電流連續(xù)型；

——臨界電流連續(xù)型；

——恒頻、固定占空比、電流斷續(xù)型。

其中恒頻、固定占空比、電流斷續(xù)型適用于本文提出的方法。

將反激式變換器的輸入濾波電容去掉，電路如圖3所示，則輸入電壓u為：

u=Um|sinωt|（1）

式中：Um為輸入電壓峰值。

如果控制方式采用固定占空比方式，則：ip(t)=Um|sinωt|（2）

式中：ip為變壓器初級電流；

Lp為變壓器初級電感；