电子・Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ 开关电源功率因数的校正技术 文／江涛 从不同角度来说，功率因数 校正（ＰＦＣ）技术有着不同分类方 法，若从电网供电的的方式来看， 就可分为单相ＰＦＣ电路与三相ＰＦＣ 电路，若从校正机理来看，又可 分为无源功率因数校正（ＰＰＦＣ） 与有源功率因数校正（ＡＰＦＣ）两种。 故文章从开关电源的ＰＦＣ原理分 析入手，对单相与三相ＰＦＣ技术 作一简要分析。 图１：典型单级ＰＦＣ转换器电路图 图２：典型两级ＰＦＣ转换器电路图 ’霉 键词】开关电源功率因素校正技术 一ｊ ｉｉ｝皇 一 一—一一ｊ 一—一～ 一ｍ 。． ． 一 一一 Ｆ关电源功率因素校正技术原理 …’一 一… ．／＾＼ ，八／ｉ ～ … — 一以电视机为例，因其选用了高效开关电 而在开关电源内部的电源输入部分，均使 二极管全波整流与滤波电路，这种情况下， ：加入任何滤波电路到整流滤波中，仅仅只 性负载，那么，输入电路就是正弦波，其 ｉ源电压为同一相位，且功率因数也是１， 】率因数校正电路，本质上就是把整流电路 ｝波电路分开，使得整流电路从电容性负载 成电阻性负载。 为 流浊 厂＼八 … ¨＿ ： ． ： 图３：数字控制ＰＦＣ的实现过程 图４：输入电压电流波形 率因素校正技术分析 单相ＰＦｃ技术 当前，在市场上使用比较多的多半是单 ｉ频开关电源，而若按照拓扑结构来分，单 源功率因素校正（ＡＰＦＣ）主要可分为单 式与两级模式两种，且不同模式的ＰＦＣ 有所不同。其中，单级ＰＦＣ技术，就是 ｒ源ＰＦＣ转换器与ＤＣ／ＤＣ转换器有机融合 起，如图ｌ所示，通过这样一种单级ＰＦＣ ：，可相对减少成本与电路重量、体积，提 行效率。加之单级ＰＦＣ电路还有着以下 优点：其一，ＰＦＣ级同Ｄｃ／ＤＣ级合用１ Ｆ关管与控制电路，简便了电路设计，减少 件成本；其二，变换中可提供了不同参数 压与电流比；其三，因功率可实现一次性 ：，故可靠性较好，功率较高，也正是因为 优点，使得单级ＰＦＣ电路被广泛应用。 于两级ＰＦＣ，其电路主要由两级转换器构 个ＰＦＣ转换器，用于提高电路输出功 ｊ数，控制输入电流高次谐波，一个是ＤＣ／ 转换器，用于调整输出，使之同当前负载 配。而该技术实现方法也有很多，即于通 ｊ大功率开关整流器中，主要是通过在主电 ｊ输入整流与功率转换电路间串如一个校正 （ＢｏｏｓｔＰＦＣ电路），如图２所示。 一一三相ＰＦＣ技术 从某种意义上来说，三相ＰＦＣ电路在整 路控制上，安全系数更高，且中线路端电 ｉ不存在因电压过大而烧坏电路的危险，加 之在三相电路展开电流输送过程的时候，也不 需要中线承担整个电路电流输送，从而减少了 谐波电流对电路造成的干扰，且三相ＰＦＣ电 路可以是恒定功率，从而相对减少了振荡电流 情况下的电能损失，故可以说，基于三相ＰＣ 电路，可明显增大功率因数值，并从整体上提 升电能利用率。下面，就“三相单开关ＡＰＦＣ 模块”的运行情况作一简要分析。图３为基于 ＤＳＰＴＭＳ３２０Ｆ２４０７所设计出来的相应电路图， 在其模拟部分电路主要包括了主功率电路、谐 波注入电路与采样电路以及驱动电路几种，而 控制部分通过ＤＳＰ电路（由ＴＭＳ３２０Ｆ２４０７， ＴＰＳ７３３３与１０Ｍ晶振以及部分滤波电容构成。） 实现，单周期控制算法则通过ＤｓＰ内部实现， 并涉及到三相电流电感（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ）、谐 波注入信号Ｖｉｎｉ与输出电压Ｕｏ五个变量。同 时，在图中，三相电感电流用于明确电路工 作状态，从而方便Ｖｒｅｆ的确定，而ＰＷＭ输 出电平高低则由Ｖ２与Ｖｒｅｆ两者比较结果得 出，倘若电路秩序在电感不连续导电模式下工 作，三相电感值（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ）则无需采用， 且Ｖｒｅｆ值也为恒定值，控制起来较简单。具 体结合这个控制模型设来进行了“三相单开 关ＡＰＦＣ模块”设计，相关参数为：是交流输 入电压为２２０Ｖ，输出电流为４Ａ，输出稳压为 ７６０Ｖ，控制芯片选用的是ＴＭＳ３２０ＬＦ２４Ｏ７， 结果借助示波器获得的相关波形如图４所示， 结果显示，该模块电流波形同电压波形同步， 且均为正旋波，整体效果较好。同时，在实 验中选用研华８１２ＰＧ数据采集卡来采集Ａ相 电压与电流数据值，并用ＭＡＴＬＡ８进行分 析，结果如图５所示。其中，图５一（ａ）表示 ＡＰＦＣ电流休息状态下电压与电流波形图，而 图５．（ｂ）则表示电路运行时电压与电流波形图， Ｏ ２ｎ ４ｎ ５“搴ｆＥ １ｏＲ ０ ２ｎ ４ｎ ６ｎ ８Ｈ １０ｎ （ａ） （ｂ） 图５：电压与电流波形 经对比可发现，在采取功率因数校正的时候 电流畸变情况比较严重。 ３结束语 综上所述，伴随数字控制器的大力研发及 其在电力电子应用领域中的广泛应用，模拟控 制器将逐渐被取代，而在开关电源中所用到的 数字控制器也将引起人们的越来越多的关注， 并在实际应用中发挥出越来越多的优势，最终 从整体上提升供电网运行效率，满足人们在日 常工作与生活中的用电需求。 参考文献 ［１】刘亮．关于三相功率因数校正电路技术的 研究…．科技致富向导，２０１２（１５）：４２１． ［２】宋娟，韩如成，潘峰．有源功率因素校正 电路控制方法的研究［Ｊ］．工业控制计算 机。２Ｏ１ ３（０１）：１１４－１１ ５，１１８． 作者单位 成都理工大学四川省成都市６１ ００５９ ５２・电子技术与软件工程Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ