一种输入电流间接控制的有源功率因数校正电路分析

一种输入电流间接控制的有源功率因数校正电路分析   
  摘要：分析了一种简单实用的输入电流间接控制的有源功率因数校正电路，给出了仿真和实验结果。
  关键词：有源功率因数校正；总谐波畸变；功率因数；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
      常用的有源功率因数校正（APFC）方法有三种，即电流峰值控制法、电流滞环控制法和平均电流控制法[1]。这三种控制方法都需要检测整流桥输出电压，属于输入电流直接控制的有源功率因数校正方法，可以使电路的输入功率因数校正到0.99以上，但是控制原理比较复杂，需要检测的量较多，检测电路较为复杂，且控制电路成本较高。
      本文分析了一种输入电流间接控制的有源功率因数校正电路，只需检测电感电流，控制原理和控制电路都比较简单实用，且控制电路成本很低。
  2  输入电流直接控制的有源功率因数校正方法原理分析
      图1所示为常用的Boost有源功率因数校正原理图。
  
图1  常 用APFC原 理 图
      主电路的输出电压Uo和基准电压Ur比较后，输入给电压误差放大器VA，整流桥输出电压Udcc和VA的输出电压信号共同加到乘法器M的输入端，乘法器M的输出作为电流反馈控制的基准信号，与开关电流is比较后，经过电流误差放大器CA加到PWM控制部分，控制开关管S的通断，从而使输入电流（即电感电流）iL的波形与整流桥输出电压Udc的波形一致，进而使电流谐波大为减少，提高电路的输入功率因数。
  3  输入电流间接控制的有源功率因数校正方法原理分析
      输入电流间接控制的有源功率因数校正方法可以检测下面三个量中的任何一个：电感电流、开关管
  电 流 或 二 极 管 电 流 。 图2为 检 测 电 感 电 流 的 一 种 控 制 原 理 图 。
  
图2  输 入 电 流 间 接 控 制APFC原 理 图
      整流桥输出电压Udc即是后级Boost电路的输入电压，开关管S的导通占空比设为Don，则有
      Uo=Udc/(1－Don)    （1）
      所以有
      Udc/iL=(1－Don)Uo/iL    （2）
      假定电路输入功率因数为1，则有
      Udc/iL=Rin    （3）
      由式（2）和式（3）可导出
      Don=1－(Rin/Uo)iL    （4）
      设定Rin/Uo=k（k为一常数），则有
      Don=1－kiL    （5）
      由上述推导可以看出，按式（5）控制开关管的导通占空比Don，在理论上完全可以使电路输入功率因数为1。
  4  仿真和实验结果
      依照图2原理图，设定下述实验参数：
      Ui=311sin(100πt)V（即市电输入），L=1mH，Co=940μF（两个470μF并联），Cin=0.1μF，R=200Ω，开关频率fs=40kHz，开关管S选用IRFP460，二极管D选用DSEI30—10A，控制芯片选用TL494，电感电流采用霍尔检测（电流转换为电压的比例为1∶0?3），惯性环节构成的低通滤波器带宽设定为1kHz。
      在MatlabSimulink环境下，对上述实际系统进行建模仿真，仿真结果如图3所示。
  
图3  输 入 电 压 和 输 入 电 流 仿 真 结 果
      上述仿真的输入电流总谐波畸变率THD=13.41％，输入功率因数PF=0.994。
      电路实测输入电压和输入电流波形如图4所示。
  
图 4  实 验 实 测 输 入 电 压 和 输 入 电 流 波 形（ 电 压 100 V/格 ， 电 流 5 A/格 ）
      输入电压总谐波畸变率 THD=10.87％，输入电流总谐波畸变率THD=14.13％，电路输入功率因数PF=0.992。
      值得指出的是，由TL494及其外围电路构成的控制电路的成本较常用的由UC3854及其外围电路构成的控制电路的成本要低得多。
  5  结语
      仿真和实验结果都表明，该输入电流间接控制的有源功率因数校正方法可以使电路的输入功率因数达到0.99以上，并且控制原理简单实用，控制电路成本很低。
  参考文献
  [1]  张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计.北京:电子工业出版社,1998.