基于功率因数校正的离线式开关电源设计

基于功率因数校正的离线式开关电源设计

离线式开关电源通常应用整流桥和输入滤波电容从输入吸收能量，大电容在接近交流输入峰值处充电以给为逆变提供能量的未经调整的BUS提供能量。电容的容量必须足够大，当整流后半期内线电压低于BUS电压时，仅由它向后续提供能量。

    不幸的是，有输入滤波电容会导致输入电流波形不在是正弦，而是一很窄的峰值很高的电流波形，输入功率仅有0.5"0.65，严重的畸变导致电网污染。线电流有效值可达两倍相同正弦电流有效值。120V，15A的线路甚至不能在不导致电路断路器动作时提供1Kwde输入功率。而高功率因数校正却能够提供几乎是其两倍的功率，并且损耗很低，因此在许多领域内，高功率因数校正器成为一需求。

    本文所述的高PFC放置于输入整流和BUS电容之间，工作频率远大于线电压频率，校正器吸收正弦半波输入电流，相位与线电压相位相同通过BUS直流电压与参考电压的比较控制电流。

    结果是：

    1、改善功率因数到0.95"0.99。

    2、较少谐波(如果需要可〈3%〉。

    3、无间断运行于90"270V线电压范围。

    4、严格控制BUS电容，使其电压波动范围很小，允许逆变器的低成本，高效设计。

    5、减小滤波电容，降低了成本。

    6、减小充电电流有效值，提高电容可靠性。

    基本运行原理：

    本文假定PFC工作频率为fs=100khz，电网频率为60hz，校正器吸收随正弦半波电压成正比变化的电流以获得功率因数接近1的输入。因此在整流桥输入端电流与电压同相位。当然，这只是用纯电阻负载。拥有这种功能的校正电路叫做“电阻竞争者”。

    输入电流控制通过乘法器，让表征整流输入线电压波形的正弦半波与控制电压相乘，得到VERR，VERR在每个半波内必须恒定，因此可以控制VERR来控制RMS输入电流，以控制每半个周期从电网吸收的能量。VERR代表VDC与参考电压的偏差，经放大转变成误差放大器的输出。当VDC低时，VERR变大，增大输入功率以弥补滤波电容上能量的损失。

    功率变换：尽管校正器输入电流波形时正弦波，但它的输出电流ichg是个正弦的平方的函数,通过思考校正器的输入/输出功率而非输入/输出电压可以得到各个运行参数。假定为高输入功率因数校正，其频率远大于工频，在校正器上储存和消耗的能量忽略不计(电感储存的能量在每个开关周期上通常大于其传递的能量，但是在每工频半周期内可以忽略)。因此输入与输出功率相等。

    BOOST电路：

    最常用的HPFC电路，输出必须总大于输入暂态值。输入电流不需要关断，由于电感的存在很小，减小了线路污染和EMI，另外线路的SPIKE被电感吸收，增加了系统可靠性。