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2 kW有源功率因数校正电路设计

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摘要：有源功率因数校正可减少用电设备对电网的谐波污染，提高电器设备输入端的功率因数。详细分析有源功率因数校正APFC(active power factor corrector)原理，采用平均电流控制模式控制原理，设计一种2 kW有源功率因数校正电路。实验结果表明：以TDA16888为核心的有源功率因数校正器能在90～270 V的宽电压输入范围内得到稳定的380 V直流电压输出，功率因数达O．99，系统性能优越。

关键词：平均电流控制；功率因数校正；谐波污染；有源功率因数校正(APFC)

1 引言

目前家用电器的功率前级多采用二极管全桥整流方式，这会造成电网谐波污染，功率因数下降，无功分量主要为高次谐波，其中三次谐波幅度约为基波幅度的95％，五次谐波幅度约为基波幅度的70％．七次谐波幅度约为基波幅度的45％。高次谐波会对电网造成危害，使用电设备的输入端功率因数下降，而且产生很强的电磁干扰(EMI)，对电网和其他用电设备的安全运行造成潜在危害。

有源功率因数校正电路(Active Power Factor Corrector，APFC)可将电源的输入电流变换为与输入市电同相位的正弦波，从而提高电器设备的功率因数，减少对电网的谐波污染。理论上，降压式(Buck)、升压式(Boost)、升／降压式(Boost-Buck)以及反激式(Flyback)等变换器拓扑都可作为APFC的主电路。其中，Boost APFC是简单电流型控制，功率因数值高，总谐波失真小，效率高，但输出电压高于输入电压，适用于75～2 000 W功率电源，应用广泛。因为升压式APFC的电感电流连续，储能电感可作为滤波器抑制射频干扰(RFI)和EMI噪声，并防止电网对主电路的高频瞬态冲击．电路有升压斩波电路，输出电压大于输入电压峰值，电源允许的输入电压范围扩大，通常可达90～270 V，提高电源的适应性，且升压式APFC控制简单，适用的功率范围宽。因此，这里提出了一种基于Boost电路拓扑，以TDA16888为控制核心的2 kW有源功率因数校正电路，该电路可将功率因数提高到O．99以上。

2 Boost APFC电路原理

常用于实现Boost APFC的控制方法有以下3种：

(1)电流峰值控制开关频率固定，工作在电流连续模式(CCM)下，采用Boost电路结构，通过检测开关电流控制。该方法电感电流的峰值(控制的基准)对噪声敏感，容易产生控制误差。

(2)电流滞环控制开关频率可变，工作在CCM下，采用Boost电路结构，通过检测电感电流控制。该方法的负载大小对开关频率的影响较大，由于开关频率的变化幅度大，设计输出滤波器时，需按最低开关频率考虑，故难以得到体积和重量最小的设计。

(3)平均电流控制开关频率固定，工作模式任意，通过检测电感电流控制，需要放大电流误差信号。这种方法的工频电流的峰值是高频电流的平均值，高频电流的峰值比工频电流的峰值更高，总谐波畸变(THD)很小，对噪声不敏感，电感电流峰值与平均值之间的误差小，可工作于CCM和DCM模式下，适合于任何拓扑。

综合考虑，本设计采用电压电流双闭环的平均电流控制模式，图1为其原理图。

图1中，检测到电感电流iL，则得到信号iLR1，将该信号送入电流误差放大器CA中，电流基准值由乘法器输出z，乘法器有两个输入，一个为x，是输出电压Vo/H与基准电压Vref之间的误差信号；另一个输入y，为电压DC的检测值VDC/K，VDC为输入正弦电压的全波整流值。

平均电流法的电流环调节输入电流平均值，使其与输入整流电压同相位，接近正弦波形。输入电流信号被直接检测，与基准电流比较后．其高频分量的变化通过电流误差放大器，被平均化处理。放大后的平均电流误差与锯齿波斜坡比较后，给开关Tr驱动信号，并决定其占空比，从而迅速而精确地校正电流误差。由于电流环具有较高的增益一带宽(gain-banelwidth)，使跟踪误差产生的畸变小于1％，容易实现接近于1的功率因数。校正后的输入电压Vi、电流ii的波形如图2所示。