2KW有源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)

1、2kw有源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)目前家用電器的功率前級(jí)多采納全橋整流方式，這會(huì)造成電網(wǎng)諧波污染，功率因數(shù)下降，無(wú)功重量主要為高次諧波，其中三次諧波幅度約為基波幅度的95，五次諧波幅度約為基波幅度的70七次諧波幅度約為基波幅度的45。高次諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成危害，用法電設(shè)備的輸入端功率因數(shù)下降，而且產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾(emi)，對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的平安運(yùn)行造成潛在危害。有源功率因數(shù)校正(active power factor corrector，apfc)可將電源的輸入變換為與輸入市電同相位的正弦波，從而提高電器設(shè)備的功率因數(shù)，削減對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。理論上，降壓式(buck)、升壓式(boost)、

2、升降壓式(boost-buck)以及反激式(flyback)等變換器拓?fù)涠伎勺鳛閍pfc的主電路。其中，boost apfc是容易電流型控制，功率因數(shù)值高，總諧波失真小，效率高，但輸出高于輸入電壓，適用于752 000 w功率電源，應(yīng)用廣泛。由于升壓式apfc的電流延續(xù)，儲(chǔ)能電感可作為抑制干擾(rfi)和emi噪聲，并防止電網(wǎng)對(duì)主電路的高頻瞬態(tài)沖擊電路有升壓斬波電路，輸出電壓大于輸入電壓峰值，電源允許的輸入電壓范圍擴(kuò)大，通?？蛇_(dá)90270 v，提高電源的適應(yīng)性，且升壓式apfc控制容易，適用的功率范圍寬。因此，這里提出了一種基于boost電路拓?fù)?，以tda16888為控制核心的2 kw有源功率

3、因數(shù)校正電路，該電路可將功率因數(shù)提高到o99以上。2 boost apfc電路原理常用于實(shí)現(xiàn)boost apfc的控制辦法有以下3種：(1)電流峰值控制 開關(guān)頻率固定，工作在電流延續(xù)模式(ccm)下，采納boost電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)檢測(cè)開關(guān)電流控制。該辦法電感電流的峰值(控制的基準(zhǔn))對(duì)噪聲敏感，簡(jiǎn)單產(chǎn)生控制誤差。(2)電流滯環(huán)控制 開關(guān)頻率可變，工作在ccm下，采納boost電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)檢測(cè)電感電流控制。該辦法的負(fù)載大小對(duì)開關(guān)頻率的影響較大，因?yàn)殚_關(guān)頻率的變幻幅度大，設(shè)計(jì)輸出濾波器時(shí)，需按最低開關(guān)頻率考慮，故難以得到體積和分量最小的設(shè)計(jì)。(3)平均電流控制 開關(guān)頻率固定，工作模式隨意，通過(guò)檢測(cè)電

4、感電流控制，需要放大電流誤差信號(hào)。這種辦法的工頻電流的峰值是高頻電流的平均值，高頻電流的峰值比工頻電流的峰值更高，總諧波畸變(thd)很小，對(duì)噪聲不敏感，電感電流峰值與平均值之間的誤差小，可工作于ccm和dcm模式下，適合于任何拓?fù)?。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采納電壓電流雙閉環(huán)的平均電流控制模式，圖1為其原理圖。圖1中，檢測(cè)到電感電流il，則得到信號(hào)ilr1，將該信號(hào)送入電流誤差ca中，電流基準(zhǔn)值由乘法器輸出z，乘法器有兩個(gè)輸入，一個(gè)為x，是輸出電壓vo/h與基準(zhǔn)電壓vref之間的誤差信號(hào)；另一個(gè)輸入y，為電壓dc的檢測(cè)值vdc/k，vdc為輸入正弦電壓的全波整流值。平均電流法的電流環(huán)調(diào)整輸入電流平均值

5、，使其與輸入整流電壓同相位，臨近正弦波形。輸入電流信號(hào)被挺直檢測(cè)，與基準(zhǔn)電流比較后其高頻重量的變幻通過(guò)電流誤差放大器，被平均化處理。放大后的平均電流誤差與鋸齒波斜坡比較后，給開關(guān)tr驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并打算其占空比，從而快速而精確地校正電流誤差。因?yàn)殡娏鳝h(huán)具有較高的增益一帶寬(gain-banelwidth)，使跟蹤誤差產(chǎn)生的畸變小于1，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)臨近于1的功率因數(shù)。校正后的輸入電壓vi、電流ii的波形2所示。3 apfc電路設(shè)計(jì)這里采納siemens公司的pfc控制器件tda16888設(shè)計(jì)apfc電路。設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)參數(shù)有：溝通輸入電壓為90220 v；直流輸出電壓為380 v；輸出功率高于2 kw；

6、功率因數(shù)大于099；變換器效率高于90。boost apfc電路原理圖3所示。主回路采納boost電路結(jié)構(gòu)，主要由電感l(wèi)2，二極管vd1、vd2，開關(guān)管vq1，輸出主線濾波c14組成。輸入電路由濾波電感l(wèi)1、濾波電容c1、整流橋b1、壓敏r4、熱敏電阻r1組成。l11和c3構(gòu)成濾波網(wǎng)絡(luò)?？刂齐娐酚蓆da16888及其外部元件組成，外圍電路包括電流檢測(cè)電路(由r9組成)，輸入電壓取樣電路(由r6、r7組成)，輸出電壓反饋電路(由r17、r18、r19和r20組成)，反饋回路為pi控制器，電壓環(huán)pi控制器由c9、c10、r24組成，電流環(huán)pi控制器由c6、c7、r22組成?？刂破鞴ぷ黝l率由電阻r2

7、6打算，r26值越大，則其工作頻率越小，r26取值51 k，工作頻率為100 khz。按照功率要求，功率電路的功率器件挑選如下：boost電感l(wèi)2取值470h；開關(guān)管vq1為irfp460，其主要參數(shù)為：漏-源極最小擊穿電壓500 v，漏-源極的最大導(dǎo)通電阻為o27 ，最大導(dǎo)通電流20 a；整流二極管vd1選取肖特基二極管stfa806，其主要參數(shù)為：反向工作電壓600 v，正向平均工作電流8 a。輸出電容c14取值2 200f450 v。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果在負(fù)載為2 kw時(shí)pfc電路的工作波形4圖5所示。圖4為溝通輸入端電壓、電流波形及電流諧波分析，圖中溝通輸入端電壓波形通道為4、電流波形通道為3

8、，電流的諧波分析結(jié)果為d。由圖4可看出，加入pfc電路后，溝通輸入電流波形由窄脈沖變?yōu)檎也?，與輸入電壓同相，boost變換器近似為純電阻，輸入電流總諧波量為45。圖5為開關(guān)驅(qū)動(dòng)波形與電路的輸入電流波形。通道1為開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形通道2為輸入電流波形，由圖5可見，輸入電流經(jīng)有源功率因數(shù)校正器的校正后，波形幾乎達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，用法單相功率表(db3-pf01)測(cè)得功率因數(shù)超過(guò)099，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在輸入電壓的囫圇范圍內(nèi)及負(fù)載變幻的狀況下也得到類似結(jié)果。5 結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)看出，采納電壓電流雙閉環(huán)的平均電流控制模式原理能夠?qū)崿F(xiàn)電器設(shè)備的功率因數(shù)校正。在某變頻空調(diào)控制系統(tǒng)增強(qiáng)該功率因數(shù)校正電路后，系統(tǒng)的功率因數(shù)顯然提高，在保持原輸出功率不變的狀況下，主回路的濾波電容由本來(lái)的3 000f下降為2 200