低諧波、高功率因數(shù)AC/DC開關(guān)電源變換器設(shè)計(jì)

隨著生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，特別是各種具有整流入端的電力電子負(fù)載的廣泛應(yīng)用，即各種非線性的、時(shí)變的負(fù)載和設(shè)備的大量涌現(xiàn)，電力系統(tǒng)中產(chǎn)生大量諧波并對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生威脅。電力系統(tǒng)的諧波問題和低功率因數(shù)問題，主要由各種中小負(fù)載和設(shè)備的電子電源和電力電子裝置造成的，它們是最嚴(yán)重的污染源。

因此應(yīng)采用有效的措施，降低電子電源和電力電子裝置的諧波，提高功率因數(shù)。目前絕大部分電子電源都采用如圖1-a所示的非控二極管整流、濾波大電容和開關(guān)穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)，把AC電源變換成DC電源。這種AC/DC變換電路的輸入電壓雖為正弦波，但輸入電流卻發(fā)生了畸變，如圖1-b所示，造成電網(wǎng)側(cè)輸入電流嚴(yán)重的非正弦化輸入電流非正弦化必然導(dǎo)致電流總諧波失真(THD)高和功率因數(shù)(PF)低(這種AC/DC變換器線路功率因數(shù)一般只有0.5～0.7，造成的諧波含量很高，僅3次諧波就達(dá)6O以上)，影響整個(gè)電力系統(tǒng)的電氣環(huán)境及用電設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

有源功率因數(shù)校正(APFc)原理

提高電子電源的功率因數(shù)，抑制其電流諧波畸變，目前有無源校正和有源校正兩種方案。無源校正是在電路中串聯(lián)(或并聯(lián))無源LC諧振回路，使電路入端電流接近正弦波;有源校正是在電路中加入有源控制電路，使入端電流在一定程度上可控，從而校正電流波形，實(shí)現(xiàn)低諧波，高功率因數(shù);有源校正電路比無源校正電路在效率、重量和成本等方面均有優(yōu)勢(shì)。因此對(duì)中小功率應(yīng)用，最有效的措施是采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)。有源校正方案在實(shí)現(xiàn)過程中，有降壓變換型、升壓變換型和反激變換型。其中降壓變換型功率因數(shù)校正電路的輸出電壓難于控制}而反激變換型功率因數(shù)校正電路的峰值電流比較高，所以功率容量差;升壓型功率因數(shù)校正電路的輸入電壓范圍寬，一般認(rèn)為是最合適的電子電源功率因數(shù)校正電路。

升壓型有源功率因數(shù)校正技術(shù)主要是控制已整流后的電流，使之在對(duì)濾波大電容充電之前，能與整流后的電壓波形同相，從而避免了電流脈沖的形成，達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。電路原理如圖2-1所示，在工作過程中，輸入電感L。中的電流受到連續(xù)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，使之能跟隨并與整流后單相正弦電壓成比例。通過乘法器實(shí)現(xiàn)由輸入誤差信號(hào)V和輸入電壓來調(diào)控正弦基準(zhǔn)電流I的幅度，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。有源功率因數(shù)校正電路盡管作用明顯，但控制電路比較復(fù)雜，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，專用于APFC的Ic電路已對(duì)設(shè)計(jì)高功率因數(shù)、低諧波失真的各類電子電路提供了技術(shù)支持。

MC34261的電路結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

MC34261單片Ic主要采用雙列直播式8腳塑封，其引腳定義如圖3-1所示。

其中腳1(VFB)為反饋電壓輸入端}腳2(COMP)為誤差放大器輸入端，與腳1接有補(bǔ)償元件;腳3(MULTIN)為乘法器輸入端;腳4(c.S+)為電流傳感輸入;腳5(I一)為零電流檢測(cè)輸入;腳6(GND)為接地腳;腳7(V。)為PWM驅(qū)動(dòng)輸出端，直接驅(qū)動(dòng)MOSFET;腳8(V)提供正電源電壓。MC34261由內(nèi)部電源、欠壓鎖定、誤差放大器、一象限乘法器、電流傳感比較器、零電流檢測(cè)器、電流檢測(cè)邏輯及驅(qū)動(dòng)輸出等單元電路組成。內(nèi)部功能框圖如圖3-2所示。