1、2022-6-271電流諧波n交流電網(wǎng)電壓經(jīng)整流分壓供給電子設(shè)備和家用電器，是一種基本的變換方式。開關(guān)電源主要經(jīng)過(guò)低通濾波、全波整流、電容濾波后，輸出直流。由于受負(fù)載的影響，輸出電流將會(huì)發(fā)生畸變，呈現(xiàn)出一種脈沖波。這種波對(duì)電子設(shè)備極為不利，同時(shí)也給供電電網(wǎng)帶來(lái)危害，是輸出功率因數(shù)下降。n脈沖電流中含有大量的諧波，這些不同頻率的每一個(gè)正弦波成分都稱為諧波含量。n下圖就是電流電壓失真示意圖。2022-6-272電網(wǎng)失真示意圖2022-6-273功率因數(shù)n線路上的功率因數(shù)為有功功率與視在功率之比，即： =P/S=cos ：功率因數(shù)；P：有功；S：無(wú)功。 視在功率S等于有效電壓Vrms和有效電流Irm

2、s的乘積： S= Vrms Irms2022-6-274總諧波畸變（THD）n用基波電流的百分比表示的電流總諧波含量稱為總基波畸變率，也就是THD，定義為： THD=（I2ms+ I3ms + + Inms ）/ I1ms 100%這里的， I1ms基波電流有效值； Inms為n次諧波含有電流有效值； 根據(jù)上式，有關(guān)功率因數(shù)表達(dá)式為： =P/S=cos/ （1+THD2） 從上式可知，提高功率因數(shù)即必須抑制輸入電流的波形畸變，同時(shí)盡可能使電流基波與電壓基波之間的相位差趨于零。2022-6-275功率因數(shù)校正的基本原理2022-6-276有源功率因數(shù)校正示意圖2022-6-277功率因數(shù)校正的基

3、本原理n功率因數(shù)校正分為無(wú)源功率因數(shù)校正PPFC和有源功率因數(shù)校正APFC（Advantage Power Factor Correction）n主電路包括整流器（BR），開關(guān)管（S），輸出二極管（D）以及濾波電容（C）等，主電路和控制電路組合成功率因數(shù)校正器。n控制電路包括電壓誤差放大、基準(zhǔn)電壓、電流誤差放大流乘法器和驅(qū)動(dòng)器。2022-6-278有源功率因數(shù)校正工作原理n主電路的橋式整流電路將輸入的交流電整流為100Hz的脈沖直流電，再經(jīng)升壓電感L和升壓二極管D整流輸出電壓V，電壓V和基準(zhǔn)電壓Vr進(jìn)行比較后，輸入給電壓誤差放大器A1，放大后的誤差電壓與橋式整流的脈動(dòng)電壓一起加到乘法器M中相乘

4、，乘法器M輸出一電流信號(hào)并與開關(guān)電流一起加到電流誤差放大器A2上，放大后的誤差電流去驅(qū)動(dòng)脈寬調(diào)制信號(hào)，以控制開關(guān)管VT的導(dǎo)通和截至，從而使輸入電流的波形與整流輸出的脈動(dòng)電壓的波形基本一致，使電流的諧波大大減少，提高了功率因數(shù)。2022-6-279有源功率因數(shù)校主要特點(diǎn)nAPFC電路置于橋式整流器與濾波電容之間，是一種DC/DC變換器，其輸出形式多種多樣（升壓、降壓及升降壓等），由于升壓型APFC電路在一定輸出功率下可以較少輸出電流，這樣可以減小輸出濾波電容的容量和體積，目前開關(guān)電源大都采用這種形式的APFC；nAPFC可以采用不同的方法進(jìn)行控制，按電感扼流圈有無(wú)儲(chǔ)存電流來(lái)分為：連續(xù)傳導(dǎo)模式連續(xù)

5、傳導(dǎo)模式（CCM）和不連續(xù)傳導(dǎo)模式（）和不連續(xù)傳導(dǎo)模式（DCM），），前者用于輸出大功率場(chǎng)合，后者適合于200W以下的中功率APFC電源；2022-6-2710升壓型2022-6-2711降壓型2022-6-2712升降壓型2022-6-2713升壓預(yù)整流器型（APFC）優(yōu)點(diǎn)n能有效地抑制輸入電源電流的諧波失真，能達(dá)到諧波電流畸變指標(biāo)要求；n能把系統(tǒng)功率因數(shù)提高到幾乎等于1的水平，完全滿足各國(guó)功率因數(shù)和總諧波含量的要求；n輸出直流電壓紋波低；n輸入交流電壓范圍大（85165V），輸出穩(wěn)定；n消除了浪涌電壓及尖峰電壓對(duì)電路元件的沖擊，提高了開關(guān)電源的可靠性和安全性，有力地延長(zhǎng)了開關(guān)電源的使用壽命

6、。nAPFC的開關(guān)電源適用于500W的負(fù)載，這種開關(guān)電源經(jīng)常在電力電子設(shè)備的預(yù)調(diào)節(jié)器上使用。2022-6-2714有源功率因數(shù)校正控制方法n峰值電流控制法n滯環(huán)電流法n平均電流控制法2022-6-2715峰值電流控制法APFC設(shè)計(jì)n峰值電流控制法的開關(guān)頻率是恒定的。如下圖；nAPFC控制器現(xiàn)選有韓國(guó)三星公司生產(chǎn)的KA7524。APFC預(yù)調(diào)整電路適用于200W以下，尤其是150W的開關(guān)電源有源功率因數(shù)調(diào)整功能。2022-6-2716實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用2022-6-2717升壓變壓器設(shè)計(jì)n升壓變壓器TR的初級(jí)電感Lp是APFC調(diào)整器的升壓電感，起著峰值電流傳遞和升壓的作用；n次級(jí)Ns的作用： 1）作為零

7、電流檢測(cè)電感； 2）與電阻R4、VD5和C3一起組成電源濾波整流電路，共給IC啟動(dòng)電壓；n變壓器是APFC的關(guān)鍵元器件；n電感峰值電流Ilp是平均輸入電流Iin的兩倍，所以可得： Iin=Ilp/2 Iin：輸入電流的平均值，Ilp：變壓器初級(jí)電感的峰值電流。2022-6-2718升壓變壓器設(shè)計(jì)n最大交流輸入電流： Iin（max）=Pout/（Vin（min） Pout：APFC調(diào)整器的輸出功率（W）； ：變換器的效率； Vin（min）：最低交流輸入電壓（V）； Iin（max）：最大交流輸入電流（A）2022-6-2719初級(jí)峰值電流n初級(jí)電感峰值電流 Ilp（max）= 2 Iin（m

8、ax）n初級(jí)電感 Lp=2 （(Vout/ 2 )-Vin) Vin2）/(Vout Vin(min) Ilp(max) f)2022-6-2720變壓器參數(shù)計(jì)算銅損因數(shù)為下式： Kg （/Pcu）（LpIlp2/Bmax）2 這里的Ilp = Ilp(max)，為最大峰值電感電流（A）； Bmax為最大磁通密度（T），取Bmax =0.15%T； =1.724 108m； Pcu為銅的最大功率損耗（W），按照經(jīng)驗(yàn)一般銅損是最大輸出功率的1.5%，所以： Pcu =100 0.015 =1.5(W)。所選用磁芯的銅損因數(shù)Kg必須高于用上式所計(jì)算出的因數(shù)。 設(shè)所選用磁芯的因數(shù)為Kg，則： Kg

9、K Aw Ae/Lw 式中：K為銅的繞組系數(shù)，取0.36； Aw為線圈骨架窗口面積（mm）2， Ae為有效截面積（mm）2， Lw為每匝繞線平均長(zhǎng)度（mm）2 2022-6-2721變壓器參數(shù)計(jì)算n初級(jí)匝數(shù)為Np為： Np=（Lp Ilp（max）/（Bmax Ae）n線圈磁導(dǎo)線截面積Swire： Swire=K Aw/Np（mm2）n磁芯的氣隙Lg為： Lg=4 3.14 10-7 Np2 Ae/Lpn次級(jí)匝數(shù)Ns為： Ns=Np Vs/Pout2022-6-2722舉例計(jì)算n計(jì)算一個(gè)變壓器： Pout=100W，=95%， f=50KHz，Vout=400V（DC） Vin（min）= 1

10、20V（AC）， Vin（max）=260V（AC），n計(jì)算變壓器上面所說(shuō)的參數(shù)2022-6-2723實(shí)際計(jì)算n最大交流輸入電流：Iin（max）=Pout/（Vin（min）= 100/（0.95 120）=0.88An初級(jí)電感峰值電流： Ilp（max）= 2 Iin（max）= 2 0.88=1.24An初級(jí)電感量： Lp=2 （(Vout/ 2 )-Vin) Vin2）/(Vout Vin(min) Ilp(max) f) =2 （400/ 2）-260） 2602/（400 120 1.24 50 103）=1.04（mH）2022-6-2724變壓器的銅損n變壓器銅損 Kg （/P

11、cu）（LpIlp2/Bmax）2 =（1.724 10-8/1.5）（1.04 10-3 1.242/0.15）2=1.3 10-12（m5）而Kg K Aw Ae/Lw =0.36 （60.4 1132/56.2 1015）=4.94 10-12（m5） 選用PQ2620，Aw=60.4mm2，Ae=113mm2， Lw=56.2mm2022-6-2725變壓器參數(shù)計(jì)算n初級(jí)匝數(shù)為Np為： Np=（Lp Ilp（max）/（Bmax Ae） =（1.04 1.24 10-3）/（0.15 113 10-6） =76（匝）n線圈磁導(dǎo)線截面積Swire： Swire=KAw/Np（mm2） =

12、0.3660.4/76=0.286（mm2）2022-6-2726變壓器參數(shù)計(jì)算n磁芯的氣隙Lg為： Lg=4 3.14 10-7 Np2 Ae/Lp = 4 3.14 10-7 762 113/1.04 =0.78（mm）n次級(jí)匝數(shù)Ns為（設(shè)Vs為15V）： Ns=Np Vs/Pout =76 15/400=3（匝）2022-6-2727計(jì)算無(wú)源電感nL0.03Vs Ts/Is 這里的Vs：輸入交流電壓（V）； Ts：電網(wǎng)周期， 50Hz，Ts=0.02s=20 10-3； Is：輸入電流（A）；2022-6-2728自主均流法UC39022022-6-2729內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2022-6-2730UC3902說(shuō)明2022-6-2731UC3902內(nèi)部框圖2022-6-2732UC3902內(nèi)部結(jié)構(gòu)說(shuō)明2022-6-2733UC3902