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一種小功率單級功率因數(shù)校正電路

作者: 時間:2011-02-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:討論一種的原理,并分析其實驗結(jié)果。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179856.htm

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  A Low Power Single- stage Converter to Improve Power Factor

Abstract: The paper introduces the operating principle of a low power single- stage converter to improve

power factor, analyses the result of experiment.

Keywords:Single- stage Power factor

1引言

  對于較小的變換器,若采用復雜的功率來提高源側(cè)功率因數(shù),會導致成本增加,失去應用價值。本文所討論的為采用升壓電感和雙正激電路組合的方式,完成功率因數(shù)和功率輸出。

2電路原理

  電路原理圖如圖1所示。圖中L1,VD2,VD3,開關(guān)管S1和儲能電容C1組成了一個工作于DCM(電流斷續(xù)工作方式)的升壓(BOOST)變換器。

Ljl1.gif (7725 字節(jié))

圖1電路原理圖

  該電路采用一塊UC3845作為控制芯片,反饋信號來自輸出端。UC3845的驅(qū)動信號經(jīng)過一個小變壓器,變?yōu)閮陕吠辔坏尿?qū)動信號,分別驅(qū)動兩只開關(guān)管S1和S2。由于沒有電流取樣,電路只能工作于DCM方式,否則電路中電流會失控。該電路首先要保證輸出穩(wěn)壓,故占空比變化不大,電流波形如圖2所示。

Ljl2.gif (5856 字節(jié))

圖2電流斷續(xù)控制模式(DCM)

  在DCM方式下,每一開關(guān)周期T內(nèi),輸入電流的峰值ip為:

ip=Uin×D×T/L1(1)

式中:D—占空比T—開關(guān)周期

Uin—輸入電壓L1—輸入電感

在每一開關(guān)周期T內(nèi)平均輸入電流iave為:

iave=ipD=UinD2T/L1(2)

  由于開關(guān)頻率足夠高,可以認為在一個開關(guān)周期內(nèi)Uin是不變的。當占空比和開關(guān)頻率不變時,輸入電流的平均值正比于輸入電壓,它可以自動跟蹤輸入電壓呈正弦波形,從而起到功率因數(shù)校正的作用。

  在DCM方式下,應滿足:

Uin×ton≤(Uc-Uin)×toff(3)

式中:Uin—輸入電壓;ton—導通時間;

Uc—電容C1電壓;toff—關(guān)斷時間。

當上式取等號時,有最大占空比

Dmax=ton/(ton+toff)=(Uc-Uin)/Uc(4)

電容電壓Uc受電容器耐壓值及成本的限制,不能取得太高,這里取430V。根據(jù)國內(nèi)電網(wǎng)的情況,當輸入電壓有效值為260V時,占空比Dmax=(430-260×1.414)/430=14.5%??梢?,這時的占空比很小,這會加大主電路開關(guān)管的損耗,同時要求儲能元件的容量很大,元器件利用率低,整體效率低。

  為了提高占空比,從變壓器引出一個繞組N2,按圖1所示的極性串于電路中。此時,由公式(Uin+UN2)×ton≤(Uc-Uin+UN2)×toff可推出最大占空比

Dmax=(Uc-Uin+UN2)/(Uc+2UN2)(5)

取UN2=70V,則當輸入電壓為260V有效值時,占空比

Dmax=(430-260×1.414+70)/(430+2×70)

=23.2%(6)

若取UN2=100V,則當輸入電壓為260V有效值時,占空比

Dmax=(430-260×1.414+100)/(430+2×100)

=25.8%(7)

可見,占空比提高了許多,這對于改善電路性能很有好處。

  另外,繞組N2的加入,可使當輸入電壓Uin較小時,相對增大輸入電流i,由于整個電流平均值iave不變,故電流的峰值必然下降,從而使電流波形更接近正弦波,有助于提高功率因數(shù)。

3工作狀態(tài)分析

  為了分析方便,將變換器在一個工作周期內(nèi)的工作情況分為三個階段,如圖3所示。

Lfl3.gif (4407 字節(jié))

圖3工作周期示意圖

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