功率因數(shù)校正電路分析

1、第三章功率因數(shù)校正電路分析一： 引言有源功率因數(shù)校正的目的，是要使電源從輸入端看就象一個(gè)簡(jiǎn)單 的電阻。有源功率因數(shù)校正器是靠控制輸入電流隨著輸入電壓變化來(lái) 實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的。當(dāng)輸入電壓和電流之比是個(gè)常數(shù)，輸入就是阻性的, 功率因數(shù)就等于1.0。當(dāng)這個(gè)比值不是常數(shù)時(shí)，輸入就包含相位移和 /或諧波失真，功率因數(shù)就會(huì)下降。功率因數(shù)最一般的定義是實(shí)功對(duì)視功之比其中P1是實(shí)功，P2是視在功率。如果負(fù)載是純阻性的，實(shí)功P1視在功率，功率因數(shù)就等于1.0。如果負(fù)載不是純阻性的，功率因數(shù)就 低于1.0。相位移是有源功率因數(shù)校正器輸入阻抗的電抗的度量。不論電抗 是多大，也不管它是感性的還是容性的，都會(huì)引起輸入電流

2、波形對(duì)于 輸入電壓波形的相位移。這個(gè)電壓和電流間的相位移是功率因數(shù)的經(jīng) 典定義，即正弦波電壓和電流間的相位角的余弦電壓和電流間的相位移的大小表明了負(fù)載的阻性程度。 如果電抗只占 阻抗的一小部分，相位移就比較小。如果有源功率因數(shù)校正器的前饋 信號(hào)或控制環(huán)具有相位移，校正就會(huì)引入相位移。交流母線(xiàn)電流濾波 也會(huì)產(chǎn)生相位移。諧波失真是有源功率因數(shù)校正器輸入阻抗非線(xiàn)性的度量。輸入阻 抗隨輸入電壓的任何變化都會(huì)引起輸入電流的失真， 這個(gè)失真是引起 功率因數(shù)下降的另一主要因素。這個(gè)失真會(huì)增加電流的方均根值， 但 不會(huì)增加傳遞的總功率。一個(gè)非線(xiàn)性負(fù)載的功率因數(shù)之所以低， 是因 為電流的方均根值大，而所傳遞的總

3、功率又小。如果非線(xiàn)性成分較小， 諧波失真就小。對(duì)于有源功率因數(shù)校正器來(lái)說(shuō)，諧波失真來(lái)自幾個(gè)方 面，包括前饋信號(hào)，反饋環(huán)，輸出電容、電感，以及輸入整流器。有源功率因數(shù)校正器能很容易地獲得高輸入功率因數(shù)，一般都大 于0.9。但功率因數(shù)并不能精確度量電流波形的失真或相位移。因此往往都直接考慮這些量，而不是通過(guò)功率因數(shù)。例如，當(dāng)諧波失真 為3%寸，功率因數(shù)仍可高達(dá)0.999。電流的總諧波失真達(dá)30%寸，功 率因數(shù)還可達(dá)0.95。電流對(duì)于電壓的相位移為 25C時(shí)，功率因數(shù)還 可達(dá)0.90。二：有源功率因數(shù)校正升壓調(diào)整電路是有源功率因數(shù)校正器功率級(jí)的最佳選擇，因?yàn)樗?的輸入電流是連續(xù)的，所產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲最

4、低，輸入電流波形最好。 它的缺點(diǎn)是要求輸出電壓較高。即輸出電壓必須高于最大允許輸入電 壓峰值。要達(dá)到功率因數(shù)校正之目的，升壓調(diào)整電路就必須強(qiáng)迫輸入電流 正比于輸入電壓。為了控制輸入電流，前饋是必須的。在DLE110系統(tǒng)中采用平均電流型控制方法。平均電流型控制方法基于這樣一個(gè)簡(jiǎn) 單的概念，即在升壓功率級(jí)的反饋環(huán)中用了一個(gè)放大器， 使得輸入電 流以很小的誤差跟綜著控制信號(hào)。 這就是平均電流型控制的優(yōu)點(diǎn)，正 因?yàn)檫@個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得有源功率因數(shù)校正成為可能。平均電流型控制實(shí)現(xiàn) 起來(lái)也相對(duì)容易一些，下面就討論這種方法。圖1是升壓功率因數(shù)校正電路框圖。在電感前用一個(gè)二極管橋?qū)?交流輸入電壓進(jìn)行整流，但將通常的濾

5、波大電容移到了升壓器的輸出 端，如要在二極管后用電容，也只能用一個(gè)小電容，僅用來(lái)控制噪聲升壓變換器的輸出是恒定電壓，但輸入電流是受半正弦波輸入電 壓控制的。進(jìn)入輸出UQR升壓變換器的輸出是恒定電壓，但輸入電流是受半正弦波輸入電 壓控制的。進(jìn)入輸出電容的功率流也不是恒定的， 而是兩倍于母線(xiàn)頻 率的正弦波，因?yàn)楣β适撬矔r(shí)電壓和電流之積。 當(dāng)輸入電壓高時(shí)輸出 電容存儲(chǔ)能量，當(dāng)輸入電壓低時(shí)輸出電容就放出能量， 用以維持輸出 功率流?？刂齐娐酚性垂β室驍?shù)校正電路必須控制輸入電流和輸出電壓。因?yàn)殡娏鳝h(huán)受控于整流母線(xiàn)電壓，所以由變換器的輸入端看呈現(xiàn)為阻性。 輸出 電壓,由變化的電流控制信號(hào)平均幅度去控制。模

6、擬乘法器將整流母 線(xiàn)電壓與電壓誤差放大器輸出相乘， 產(chǎn)生電流控制信號(hào)，所以電流控 制信號(hào)呈輸入電壓的形狀，它的平均幅度控制著輸出電壓。乘法器的 輸出是電流控制信號(hào)，叫做Imo，即乘法器輸出電流。整流母線(xiàn)電壓VCCGT-DRVGND對(duì)乘法器的輸入是電流而不是電壓，這是因?yàn)閁C3854就是這么做的。PK-LMTREF如圖所示，在電壓控制環(huán)里，除乘法器外還有一個(gè)平方器和一個(gè) 除法器。電壓誤差放大器的輸出在與整流輸入電壓相乘前， 除以平均 輸入電壓的平方。 這個(gè)輔助電路保持了電壓環(huán)增益的恒定， 如果沒(méi)有 它，電壓環(huán)的增益就會(huì)隨平均輸入電壓的平方變化。 輸入電壓平均值 叫做前饋電壓，或 Vff ，因?yàn)樗?/p>

7、給電壓環(huán)加入了一個(gè)前饋，提供了一 個(gè)開(kāi)環(huán)校正。前饋電壓平方后再除電壓誤差放大器輸出電壓（ Vvea）。要使功率因數(shù)最大，就得使電流控制信號(hào)盡量與整流母線(xiàn)電壓接 近。如果電壓環(huán)帶寬太大， 就雖能調(diào)整輸入電流而保持輸出電壓恒定， 但輸入電流的失真會(huì)非常大。所以電壓環(huán)帶寬必須小于輸入母線(xiàn)頻 率。但輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)又應(yīng)盡量地快， 所以電壓環(huán)的帶寬又必須 盡可能地大。 平方器和除法器電路保證了環(huán)增益恒定， 所以帶寬能盡 可能與母線(xiàn)頻率接近， 并使輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)最小。 對(duì)于寬輸入電 壓范圍這一點(diǎn)特別重要。保持環(huán)增益恒定的電路使得電壓誤差放大器的輸出能控制功率。 電壓誤差放大器的輸出實(shí)際上控制的是傳送

8、到負(fù)載的功率。 從下面的 例子很容易看出這一點(diǎn)。 如果電壓誤差放大器的輸出是恒定的， 輸入 電壓被加倍， 控制信號(hào)也會(huì)被加倍， 但又被前饋電壓的平方或四倍輸 入除，結(jié)果使得輸入電流成為原來(lái)的一半。 兩倍輸入電壓與一半輸入 電流相乘，結(jié)果輸入功率保持不變。因此，電壓誤差放大器的輸出， 控制的是功率因數(shù)校正器輸入功率的大小。 這可用來(lái)控制電路能從功 率母線(xiàn)拉出的最大功率。 如果電壓誤差放大器的輸出被箝位在某一定 值，也就相當(dāng)于限定了最大功率級(jí)別， 因此當(dāng)輸入電壓在一定范圍內(nèi)， 就不可能從母線(xiàn)拉出更大的功率。輸入失真的來(lái)源 控制電路會(huì)給輸入電流波形引入失真和相位移。這些誤差都來(lái)自 輸入二極管橋，乘法

9、器電路，輸出和前饋電壓的紋波電壓。在有源功率因數(shù)校正器中有兩個(gè)調(diào)制過(guò)程。 其一是輸入二極管橋， 其二是乘法器、 除法器和平方器電路。 每一個(gè)調(diào)制過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生交叉 產(chǎn)物， 諧波或兩輸入間的旁頻帶。 解析地表述它們是相當(dāng)復(fù)雜的。 不 過(guò)相當(dāng)有趣的是兩個(gè)調(diào)制器間的相互作用， 使得一個(gè)成為另一個(gè)的解 調(diào)器， 所以結(jié)果變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。 后面將會(huì)說(shuō)到， 有源功率因數(shù)校正器中的所有紋波電壓都是母線(xiàn)頻率的二次諧波。 當(dāng)這些電壓通過(guò)乘法器 時(shí)，就會(huì)被編入輸入電流， 爾后通過(guò)二極管橋， 使得二次諧波電壓變 成兩個(gè)頻率分量。 一個(gè)是母線(xiàn)頻率的三次諧波， 另一個(gè)是基波。 這兩 個(gè)分量的幅度是一樣的， 都是原來(lái)二次些波電

10、壓幅度的一半。 且它們 與原來(lái)的二次諧波是同相的。如果紋波電壓是母線(xiàn)電壓幅度的10%，相位移為90C，輸入電流就會(huì)有一個(gè)幅度為基波的 5%勺三次諧波， 它的相位移為90C，還有一個(gè)母線(xiàn)電流5%勺基波分量，它的相位移 也是90C。前饋電壓來(lái)自整流交流母線(xiàn)， 它含有平均值幅度 66%的二次諧波。 前饋電壓分壓器的濾波電容大大地減弱了二次諧波， 有效地濾除了所 有高次諧波， 但在前饋輸入中仍含有一些二次諧波。 這個(gè)紋波電壓被 圖 3 所示的控制電路平方， 從而使得紋波的幅度加倍， 因?yàn)樗T在一 個(gè)大直流值的上面。 除法器對(duì)這個(gè)紋波電壓是透明的， 因而這個(gè)紋波 電壓傳到乘法器， 最終形成輸入電流的三次

11、諧波失真和相位移。 平方 器的倍增作用意味著輸入電流失真幅度的百分比與紋波電壓幅度對(duì) 基波輸入的百分比是一樣的。不言而俞喻， 要使輸入電流失真較小， 前饋電壓紋波就必須很小。 用一個(gè)截止頻率非常低的單極點(diǎn)濾波器可減小這個(gè)紋波電壓。 但要考 慮對(duì)輸入電壓變化的快速響應(yīng)，所以這個(gè)濾波器的響應(yīng)時(shí)間必須很 短。不過(guò)這兩個(gè)要求是相互矛盾的， 必須折衷考慮。 在前饋輸入中用 一個(gè)兩極點(diǎn)濾波器與用單極點(diǎn)濾波器可得到同樣的紋波衰減， 但瞬時(shí) 響應(yīng)要快得多。用兩極點(diǎn)濾波器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是相位移是單極點(diǎn)濾波 器的兩倍。結(jié)果使得二次諧波的相位移為 180C，最終使得輸入電流 的三次諧波和位移成分重新與電壓同相。 如果

12、對(duì)前饋電壓用單極點(diǎn)濾 波器，前饋輸入中有 3%的二次諧波紋波電壓， 最終功率因數(shù)為 0.97 ， 主要是因?yàn)槲灰瞥煞帧?如果用兩極點(diǎn)濾波器， 就沒(méi)有這個(gè)位移成分對(duì) 功率因數(shù)的影響， 因?yàn)樗桥c輸入電流同相的。 因前饋輸入中的二次 諧波產(chǎn)生的輸入電流的三次諧波與二次諧波紋波電壓的幅度一樣。 如 果在前饋電壓中有 3%的二次諧波，母線(xiàn)電流中就會(huì)含有 3%的三次諧 波。輸出電壓中也含有二次諧波紋波，因?yàn)榧y波電流流過(guò)輸出電容。 這個(gè)紋波電壓又經(jīng)過(guò)電壓誤差放大器被反饋到乘法器， 與前饋電壓一 樣，起作用于輸入電流， 結(jié)果增加輸入電流的二次諧波失真。 由于這 個(gè)紋波電壓不會(huì)通過(guò)平方器， 失真和相位移的幅度

13、都只是紋波電壓幅 度的一半。 在電壓誤差放大器輸出端， 這個(gè)紋波電壓必然與母線(xiàn)電壓 同相，所以位移成分是同相的。 電壓誤差放大器必然要將二次諧波位 移90C，所以它將與母線(xiàn)電壓同相。升壓變換器的電壓環(huán)用平均電流型控制，有一個(gè)控制到輸出的傳 輸函數(shù)，它具有單極點(diǎn)特性， 所以要用一個(gè)平增益誤差放大器作為補(bǔ) 償。這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相位差為 90C的非常穩(wěn)定的環(huán)。但它所提供 的并非最佳特性。輸出電容上的紋波電壓與輸入電流有 90C相位差。 如果誤差放大器在二次諧波頻率上具有平坦的增益， 在輸入電流中所 產(chǎn)生的失真和相位移將與整流交流母線(xiàn)電壓在相位上相差90C。在電壓誤差放大器響應(yīng)中引入一個(gè)相位移， 會(huì)對(duì)

14、功率因數(shù)有所改善。 功 率因數(shù)的這個(gè)位移分量的移動(dòng)返回來(lái)與輸入電壓組合在一起， 因而增 加了功率因數(shù)。 相位移量可根據(jù)需要增加而保持電壓環(huán)穩(wěn)定。 如相位 差減小到45C,二次諧波相位就非常接近 90C，這樣位移分量就與 輸入電壓同相。為了減小輸出電壓紋波，電壓控制環(huán)的帶寬是由輸入失真度確定 的。如果輸出電容小，失真應(yīng)低于環(huán)的帶寬，將比較小，所以這個(gè)誤 差放大器可明顯減小紋波電壓。 瞬時(shí)響應(yīng)是環(huán)帶寬的函數(shù)， 帶寬越小 瞬時(shí)響應(yīng)越慢， 過(guò)沖越大。 輸出電容大一些， 輸出瞬時(shí)相應(yīng)會(huì)快一些， 輸入電流失真就會(huì)小一些。設(shè)置環(huán)的補(bǔ)償，就是為了適應(yīng)輸出紋波電壓減小量對(duì)誤差放大器 的要求，使它工作在 1 增益

15、頻率。當(dāng)相位差最小時(shí)， 環(huán)的帶寬為最大。 45C相位差為最好，這樣會(huì)獲得很好的環(huán)穩(wěn)定性，最快的瞬時(shí)相應(yīng)， 且容易設(shè)計(jì)。 電壓誤差放大器響應(yīng)， 呈現(xiàn)在環(huán) 1 增益頻率之上有一個(gè) 平坦增益， 在這個(gè)頻率之上有一個(gè)單極點(diǎn)截止頻率。 這樣，用簡(jiǎn)單的 電路就可獲得對(duì)母線(xiàn)頻率二次諧波的最大衰減，出最大帶寬和45 C相位差。尖端失真 尖端失真發(fā)生在交流母線(xiàn)輸入的零交叉之后。在這一點(diǎn)，控制信 號(hào)所要求的電流量超過(guò)可能的電流變化速度。當(dāng)輸入電壓接近零時(shí)， 且開(kāi)關(guān)時(shí)閉合的， 那么電感上的電壓是非常小的， 所以電流不能迅速 上升， 可能的變化速度就非常低， 在一個(gè)較短的時(shí)間里， 輸入電流都 會(huì)低于所希望的值。 一旦

16、輸入電流跟上了控制值， 控制環(huán)就進(jìn)入最佳 工作狀態(tài)， 輸入電流就會(huì)按控制信號(hào)變化。 電流跟上之值的時(shí)間長(zhǎng)度 是電感值的函數(shù)。 電感值越小跟綜得就越快， 失真就越小， 但電感值 小紋波電流就越大。 由這個(gè)因素產(chǎn)生的失真一般都比較小， 主要是高 次諧波。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就不大。UC3854匡圖圖5是UC3854匡圖。這個(gè)集成電路包含了控制功率因數(shù)校正所必 須的電路。UC3854設(shè)計(jì)得可實(shí)現(xiàn)平均電流型控制，也可靈活地應(yīng)用 于各種功率拓?fù)浜涂刂品椒?。圖 5 的左上角包括欠壓鎖定比較器和使能比較器，只有它們的輸 出正常時(shí)芯片才會(huì)工作。電壓誤差放大器的反向輸入端接在 Pin11, 叫 Vsens

17、 。電壓誤差放大器輸入端的二極管，表示的是內(nèi)部電路功能而 不是實(shí)際器件。 框圖中的二極管是理想二極管， 表明誤差放大器正向 輸入端接到 7.5Vdc 參考電壓上，同時(shí)也用作軟啟動(dòng)。這樣做是讓電 壓控制環(huán)在輸出電壓達(dá)到設(shè)定值前就投入工作， 消除了開(kāi)機(jī)沖擊， 而 它對(duì)許多電源來(lái)說(shuō)是不允許的。 Pin11 與誤差放大器反向輸入端之間 的二極管也是一個(gè)理想二極管， 它是為了消除兩個(gè)輸入端間附加的二 極管壓降。 實(shí)際器件是用差分放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 內(nèi)部電流源是用來(lái)給 軟啟動(dòng)定時(shí)電容充電的。電壓誤差放大器的輸出 Vvea接到UC3854的Pin7 ,它也是乘法器 的一個(gè)輸入端。乘法器的另一個(gè)輸入端是 Pin

18、6 ， Iac ，它是整流輸入 控制波形。這一端可呈受 6.0V 電壓，是一個(gè)電流輸入端。前饋輸入 Vff 接在 Pin8 上，它的值在送到乘法器的除法輸入端前先平方。 Iset 電流接Pin 12，也送到乘法器，用來(lái)限制最大輸出電流。乘法器的輸 出電流Imo,送到Pin5，還連到電流誤差放大器的反向輸入端。電流誤差放大器的反向輸入端連到 Pin4，即Ise ns端。電流誤差 放大器的輸出連到脈寬調(diào)制（PWM比較器，與Pin 14的振蕩器斜波 比較。這個(gè)振蕩器和比較器再驅(qū)動(dòng)觸發(fā)器,最終驅(qū)動(dòng)大電流輸出端 Pin 16。輸出端的輸出電壓在UC385倘部箝位在15V,從而保證功率 MOSFE的柵極不

19、會(huì)過(guò)驅(qū)動(dòng)。Pin2是突發(fā)事件峰值電流限制端，當(dāng)它 稍低于地時(shí)，就將輸出脈沖關(guān)斷。參考電壓輸出接到Pin9,輸入電壓接到 Pin15。設(shè)計(jì)過(guò)程功率級(jí)設(shè)計(jì)這里以一個(gè)250W升壓變換器為例討論功率級(jí)設(shè)計(jì)。至于升壓功率 因數(shù)校正器的控制電路，基本上不隨功率級(jí)別變化。500W與 50W功率因數(shù)校正器， 控制電路幾乎是一樣的。 不同的功率級(jí)別功率級(jí)雖然 不同， 但設(shè)計(jì)過(guò)程是一樣的。 圖 6 是電路原理圖。 下面討論的設(shè)計(jì)過(guò) 程都以它為參考。指標(biāo)開(kāi)始設(shè)計(jì)之前， 首先要明確設(shè)計(jì)指標(biāo)。 包括最大和最小母線(xiàn)電壓， 最大輸出功率，輸入母線(xiàn)頻率范圍。本設(shè)計(jì)實(shí)例的指標(biāo)是：最大輸出功率： 250W母線(xiàn)電壓范圍： 80-2

20、70Vac母線(xiàn)頻率范圍： 47-65Hz 按這樣的指標(biāo)設(shè)計(jì)的電源，可適應(yīng)全世界的要求。輸出電壓要比 最大輸入電壓高出 5%到 10%，因此選 400Vdc。開(kāi)關(guān)頻率 開(kāi)關(guān)頻率的選擇一般來(lái)說(shuō)比較隨意。開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)足夠地高，以保 證功率電路和失真最小， 但又應(yīng)足夠地低， 以保持高效率。 在大部分 應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)頻率范圍在20KHZ到300KHZ之間。實(shí)例變換器，為綜 合考慮體積和效率，開(kāi)關(guān)頻率選 100KHZ這樣電感值比較小，尖端 失真也最小，且輸出二極管損耗也不會(huì)太大。 當(dāng)輸出功率級(jí)別較高時(shí)， 為使功率損耗最小， 應(yīng)找出一個(gè)較低一些的理想的開(kāi)關(guān)頻率。 開(kāi)關(guān)的 開(kāi)啟阻尼器可減小開(kāi)關(guān)損耗， 使之可在很高

21、的頻率下獲得非常高的效 率。電感的選擇 電感確定著輸入高頻紋波電流的大小，它的值應(yīng)根據(jù)規(guī)定的紋波 電流值來(lái)選擇。 電感值的選擇由輸入正弦波峰值電流著手。 最大峰值 電流發(fā)生在最小母線(xiàn)電壓的峰值處，因此對(duì)于本實(shí)例變換器，最大峰值母線(xiàn)電流發(fā)生在4.42A。Vin為80Vac時(shí)，為對(duì)于升壓變換器來(lái)說(shuō)，最大紋波電流發(fā)生在占空比為50%之時(shí),也就是升壓比M=Vo/Vin=2時(shí)。電感電流峰值一般不發(fā)生在這一點(diǎn)， 因?yàn)檫@個(gè)峰值是由控制正弦波的峰置確定的。對(duì)于計(jì)算輸入濾波器的衰減來(lái)說(shuō)，電感紋波電流的峰值是很重要的。 圖7是實(shí)例變換器電感 峰峰紋波電流與輸入電壓的關(guān)系。電感中的峰峰紋波電流通常選最大峰值母線(xiàn)電流

22、的20%不過(guò)具有一定的隨意性，因?yàn)樗皇歉哳l紋波電流的最大值。當(dāng)紋波電流過(guò)大時(shí)，在整流母線(xiàn)電流周期的大部分時(shí)間里變換器會(huì)進(jìn)入不連續(xù) 導(dǎo)通狀態(tài)，這就意味著輸入濾波器必須更大才能衰減更高頻的紋波電 流。UC3854用平均電流型控制，使得升壓級(jí)在連續(xù)型和不連續(xù)型工 作模式間變換也不會(huì)改變特性。電感值是由低輸入電壓的半正弦波頂部處的峰值電流，這個(gè)輸入電壓下的占空比D,開(kāi)關(guān)頻率確定的。所需要的兩個(gè)方程為是峰峰紋波電流。對(duì)于250W變換器,D=0.71，為方便起見(jiàn),L取大約1.0mH高頻紋波電流是迭加在母線(xiàn)電流峰值上的，所以峰值電感電流是 峰值母線(xiàn)電流與半峰峰高頻紋波電流之和。 電感必須設(shè)計(jì)得能承受這

23、 個(gè)電流。本實(shí)例的峰值電感電流為5.0A。峰值電流限制設(shè)置得高10% 即 5.5A。輸出電容輸出電容選擇包含的因素是開(kāi)關(guān)頻率紋波電流，二次諧波紋波電 流，直流輸出電壓，輸出紋波電壓和保持時(shí)間。通過(guò)輸出電容的總電 流是開(kāi)關(guān)頻率紋波電流和母線(xiàn)電流二次諧波的方均根值。輸出電容通常選大電解電容，等效串聯(lián)電阻隨開(kāi)關(guān)頻率變化，在低頻時(shí)通常比較 大。電容能否承受這個(gè)電流一般由溫升來(lái)確定。 對(duì)于溫升一般不要求 計(jì)算出精確值。只要計(jì)算出高頻紋波電流，低頻紋波電流，以及它們 之和產(chǎn)生的溫升就夠了。電容數(shù)據(jù)手冊(cè)會(huì)給出必要的ESR和溫升的資 料。輸出保持時(shí)間在輸出電容選擇中比其它任何因素都重要。保持時(shí) 間是輸入功率關(guān)

24、斷后，2保持在規(guī)定的范圍內(nèi)的時(shí)間長(zhǎng)度。典型的保 持時(shí)間是15到20ms對(duì)于400Vdc輸出的離線(xiàn)電源，這個(gè)保持要求 每瓦輸出功率取輸出電容為12uF。250W輸出取輸出電容為450uF。 如不要求保持時(shí)間，電容會(huì)小得多，每瓦0.2uF就可以了，此時(shí)紋波 電流和紋波電壓是主要考慮因素。保持時(shí)間是輸出電容中儲(chǔ)存的能量，負(fù)載功率，輸出電壓和負(fù)載 正常工作的最小電壓的函數(shù)。可表示為是保持時(shí)間，VO其中Q是輸出電容，是輸出電壓，Wmin）是負(fù)載正常工作的最小電壓。對(duì)于本實(shí)例，Po=250W64ms , V。=400 V , V。伽）=300V ,故得 G 為 450uF。開(kāi)關(guān)和二極管為保證可靠工作，開(kāi)關(guān)

25、和二極管必須有足夠的指標(biāo)。開(kāi)關(guān)電流額 定值至少要等于電感電流最大峰值，電壓額定值至少要等于輸出電 壓。輸出二極管，為了減小開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟損耗和自身?yè)p耗，應(yīng)非常快。 開(kāi)關(guān)和二極管的額定值要有一定的余量，這取決于不同的應(yīng)用。對(duì)于本實(shí)例電路，二極管是高速高壓型的，反向恢復(fù)時(shí)間為35ns, 擊穿電壓為600Vdc,正向電流額定值為 8A。功率MOSFET勺耐壓為 500Vdc,電流額定值為23AdCo開(kāi)關(guān)損耗主部來(lái)自二極管關(guān)斷電流。 開(kāi)關(guān)的峰值損耗很高，因?yàn)樗仨毘惺苋控?fù)載電流和開(kāi)關(guān)開(kāi)啟到二 極管完全關(guān)斷期間的二極管的反向恢復(fù)電流。 實(shí)例中選的二極管關(guān)斷 速度最快，開(kāi)關(guān)仍承受很大的峰值損耗。為了能用較小

26、的開(kāi)關(guān)和稍慢 的二極管，開(kāi)關(guān)要加開(kāi)啟阻尼器。電流檢測(cè)電流檢測(cè)有兩種常用方法，其一是在地線(xiàn)上串一個(gè)檢流電阻，其 二是用兩個(gè)檢流變壓器。用檢測(cè)電阻是最簡(jiǎn)單的方法，最實(shí)用于小功 率或小電流情況。在大電流情況下，電阻的功率損耗會(huì)變得很大，用 檢流變壓器最適合。為適應(yīng)平均電流型控制，需要用兩個(gè)檢流變壓器， 一個(gè)檢開(kāi)關(guān)電流，一個(gè)檢二極管電流，產(chǎn)生模擬電感電流。檢流變壓 器必須能在很寬的占空比范圍內(nèi)工作而不至于飽和。 檢流變壓器的設(shè) 計(jì)不包括在本文，在設(shè)計(jì)注意DN41中對(duì)這個(gè)問(wèn)題作了較詳細(xì)的討論。檢流變壓器可輸出正電壓，也可輸出負(fù)電壓。輸出負(fù)電壓情況如 圖8所示，在UC3854勺pin2端進(jìn)行峰值電流限制比

27、較容易實(shí)現(xiàn)。 輸 出正電壓情況如圖9所示，特性最好?？稍跈z測(cè)開(kāi)關(guān)電流的檢測(cè)變壓 器的地邊串一個(gè)電阻。用電阻檢流和用正輸出電壓檢流變壓器檢流，乘法器輸出和電流 誤差放大器的組合是不一樣的。但兩種情況是等價(jià)得很好的，電流誤 差放大器的接法分別見(jiàn)圖8和9。正輸出檢流變壓器要輸入到積分器 的反向輸入端，再連到檢流電阻，并在乘法器輸出用一個(gè)電阻接地。 乘法器輸出端的電壓不為零，而是受控于電流環(huán)的一個(gè)電壓，對(duì)于電 流環(huán)來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)半正弦波形。本例用電阻檢流（圖6），所以電流誤差放大器的反向輸入端通過(guò) 一個(gè)電阻Rci接到地。對(duì)于平均電流型控制，電流誤差放大器這樣接 對(duì)低頻就是一個(gè)積分器所以電流誤差放大器的

28、正向輸入端的平均電 壓必須為零。電流誤差放大器正向輸入端的作用， 對(duì)于電流控制環(huán)就 象乘法器輸出電流和來(lái)自檢流電阻的電流（流過(guò)控制電阻Rmo的求和點(diǎn)。在電流誤差放大器的反向輸入端具有很小的低頻電壓，因?yàn)榈皖l時(shí)增益大。高頻時(shí)增益小，所以會(huì)出現(xiàn)較大的開(kāi)關(guān)頻率電壓。但 pin4的平均電壓必須為零，因?yàn)樗ㄟ^(guò)一個(gè)電阻 Rci接地。實(shí)例中檢流電阻Rs上的電壓為負(fù)，所以UC3854的相應(yīng)端子上的 電壓就不能低于地。檢流電阻上的電壓是很小的，所以pin2和pin5上的電壓就被箝制得稍為負(fù)。1V峰值電壓，或檢流電阻上的電壓大 一些對(duì)噪音衰減有好處，但出于它的損耗考慮又不能太大。 檢測(cè)電阻的選擇具有很大的隨意性

29、。實(shí)例電路選Rs=0.25，最壞情況下的峰值電流是5.6A，所以Rs上的最大峰值電壓為1.40V（pk）。峰值電流限制當(dāng)瞬時(shí)電流超過(guò)最大值時(shí)，或pin2低于地時(shí)，表現(xiàn)為峰值電流限 制，UC3854被關(guān)斷。電流限制值，用參考電壓到電流檢測(cè)電阻的分 壓器來(lái)設(shè)置。分壓器方程為其中Rpk1和Rpk2是分壓電阻，Vref=7.5V , Vrs 是檢流電阻Rs上 在電流限制點(diǎn)的電壓。通過(guò) Rpk2的電流大約1mA本例電流限制在 5.4A，Rpk仁10k, Rpk2=1.8k。用一個(gè)小電容 Cpk,可得到低母線(xiàn)電 壓工作時(shí)的很好的抗噪音，不過(guò)限流點(diǎn)稍有增加。乘法器設(shè)置乘法器/除法器是功率因數(shù)校正器的核心。一

30、器的輸出控制著電流 環(huán)，從而控制著輸入電流，得到高功率因數(shù)。所以乘法器輸出是表現(xiàn) 輸入母線(xiàn)電流的信號(hào)。與許多由輸出著手的設(shè)計(jì)不同，乘法器電路的設(shè)計(jì)要從輸入著手。 乘法器電路有三個(gè)輸入端，控制電流lac(pi n6)，來(lái)自輸入的前饋電 壓，Vff(pin8)，電壓誤差放大器輸出電壓 Vvea(pin7)。乘法器的輸 出電流與這三個(gè)輸入的關(guān)系是其中Km對(duì)這個(gè)乘法器來(lái)說(shuō)是個(gè)常數(shù)，為1.0，Iac是來(lái)自整流輸入電 壓的控制電流，Vvea是電壓誤差放大器的輸出，Vff是前饋電壓。前饋電壓Vff是平方器的輸入，UC3854平方器允許Vff的范圍為1.4到 4.5V。UC3854具有內(nèi)部箝位，它將 Vff的

31、有效值限制在4.5V。Vff 輸入的分壓器有三個(gè)電阻(Rff1，Rff2，Rff3，見(jiàn)圖6)和兩個(gè)電容(Cff1和Cff2)，所以它提供的兩個(gè)輸出濾波得很好。分壓器的電阻和電容構(gòu)成了一個(gè)二階低通濾波器，所以它的直流輸出正比于輸入半 正弦的平均值。這個(gè)平均值是半正弦波方均根值的90%如交流輸入電壓的方均根值是 270Vac,半正弦波的平均值是243Vdc,峰值是382V。Vff分壓器要滿(mǎn)足兩個(gè)直流條件。在高母線(xiàn)輸入電壓時(shí)，Vff不會(huì) 大于4.5V。在這種情況下，Vf輸入被箝位，所以失去前饋功能。Vin 為低母線(xiàn)電壓時(shí)，分壓器起分壓作用，Vff為1.414V，分壓器上節(jié)點(diǎn) 的Vffc約為7.5V。

32、如果Vff輸入低于1.414V，則因內(nèi)部電流限制使 乘法器輸出保持不變。 Vff 輸入總是在 1.414V 以上，只有在輸入最 低時(shí)為1.414V。這樣會(huì)引起在交流母線(xiàn)輸入電壓范圍太寬時(shí)對(duì)輸入 電壓高端的限制。 不過(guò)用 Vff 把輸入電壓在高端加以限制， 要比由乘 法器輸出來(lái)限制低端要好。如果 Vff 被限制，電壓環(huán)增益就會(huì)變化， 而整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)變小，而乘法器限制會(huì)引起輸入電流波形失真變大。本實(shí)例用UC3854 Vff最大值為4.5V。如分壓器上面電阻 Rff1 為910k,中間電阻Rff2為91k，下面電阻Rff3為20k,當(dāng)輸入電壓 方均根值為270Vac,直流平均值243V時(shí)，Vff取4

33、.76V最大值。當(dāng) 輸入電壓方均根值為80Vac,平均值為72V時(shí)，Vff為1.41Vdc。在 Vin二80Vac時(shí)，分壓器上節(jié)點(diǎn)的電壓 Vffc為7.83V。注意，高端超過(guò) 了 4.5V，低端不低于1.41V。乘法器輸入的下一部分是電壓誤差放大器的輸出。電壓誤差放大 器的輸出Vvea被UC3854內(nèi)部箝位在5.6V。電壓誤差放大器的輸出 相當(dāng)于變換器的輸入功率。給定了 Vvea電壓，不管母線(xiàn)電壓如何變 化，前饋電壓保證輸入功率恒定。如設(shè)置5V作為正常工作的工作點(diǎn)， 那么 5.6V 就給出了 12%的過(guò)載限制。電壓誤差放大器的輸出由 Vff 的最小值 1.414V 而箝位。把這些值 代入前面的

34、乘法器 輸出電流方程就可看出這一點(diǎn)。當(dāng) Vff 大時(shí),乘 法器的固有誤差就會(huì)增大,因?yàn)?Vvea/Vff 變小。如某個(gè)應(yīng)用有很寬 的輸入電壓范圍,又要求有很低的諧波失真,那么 Vff 應(yīng)在 0.7 到 3.5V 間變化。為實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),電壓誤差放大器必須外加箝位,使它 的輸出低于2.00V。但一般情況下不主張這么做。乘法器輸入電流乘法器工作電流通過(guò) Rvac取自輸入電壓。這個(gè)電流大一些，乘法 器的線(xiàn)性就會(huì)好一些，但不能超過(guò) 0.6mA。實(shí)例電路的高母線(xiàn)峰值電 壓為 382Vdc, UC3854勺 pin6 端的電壓是 6.0Vdc。Rvac取 620k，Iac 最大值為0.6mA為在接近輸入波形

35、尖端時(shí)，即Vin=0時(shí)能正常工作， 要有一個(gè)偏置電流，以保證pin6為6.0Vdc。用一個(gè)電阻Rb1由Vref 接到pin6，提供這個(gè)小偏流。Rb仁Rvac/4。實(shí)例電路中Rb1取150k 來(lái)提供這個(gè)校正偏置。乘法器的最大輸出發(fā)生在低母線(xiàn)輸入正弦波的峰處。乘法器的最 大輸出電流可用相應(yīng)條件和前面給出的Imo方程求出。當(dāng)Vin為低時(shí), lac的峰值為182uA,Vvea將為5.0V, Vff 將為2.0V , Imo 的最大值 將為365uA。Imo不能大于lac的兩倍，這也就是在這個(gè)電壓下的 最大允許電流，同樣也就限制了功率因數(shù)校正器的峰值輸入電流。Iset電流是對(duì)乘法器輸出電流的另一限制。I

36、mo不能大于3.75/Rset。實(shí)例電路的 Rset=10.27k為最大，取10k。乘法器輸出電流Imo必然要正比于電感電流的電流和電壓反饋環(huán)電流之和。由乘法器的輸出接一個(gè)電阻到電流檢測(cè)電阻就是為了實(shí)現(xiàn)這一功能，使得乘法器的輸出變?yōu)榍蠛忘c(diǎn)。正常工作 時(shí)pin5的平均電壓為零，但具有開(kāi)關(guān)頻率紋波電壓，峰度包絡(luò)是母線(xiàn) 頻率的兩倍。實(shí)例電路升壓電感峰值電流限在5.6A，電流檢測(cè)電阻是0.25所以檢測(cè)電阻上的峰值電壓為1.4V。乘法器最大輸出電流 為365uA,所以求和電阻Rmc必須是3.84K,取3.9K。振蕩器頻率振蕩器充電電流是Iset,由Rset確定，振蕩器頻率由延時(shí)電容和 充電電流確定。延時(shí)

37、電容為其中Ct是延時(shí)電容,fs 是開(kāi)關(guān)頻率（Hz）。實(shí)例電路 fs=100KHz,Rset=10K,所以 Ct=0.00125uF。電流誤差放大器補(bǔ)償為了穩(wěn)定工作，電流環(huán)必須加以補(bǔ)償。升壓變換器控制到輸入電流 傳輸函數(shù)是單極點(diǎn)的，且出現(xiàn)在高頻端，這是因?yàn)樯龎弘姼械淖杩购?檢測(cè)電阻（Rs）構(gòu)成了一個(gè)低通濾波器?？刂频捷斎腚娏鱾鬏敽瘮?shù)為其中Vrs是輸入電流檢測(cè)電阻上的電壓,Vcea是電流誤差放大器 的輸出,Vo是直流輸出電壓,Vs是振蕩器斜波的峰峰幅度,SL是升壓 電感阻抗（j L）和檢流電阻Rs（用檢流變壓器時(shí)為Rs/N）。這個(gè)方程 只對(duì)濾波器諧振頻率（LCo）和開(kāi)關(guān)頻率之間的區(qū)域是正確的。輸出

38、電容支配的低頻諧振，這個(gè)方程是不同的。電流誤差放大器補(bǔ)償是為了給出開(kāi)關(guān)頻率附近的平坦的增益，用升壓功率級(jí)自然關(guān)斷給出總環(huán)的校正補(bǔ)償。 這個(gè)放大器的低頻零響應(yīng) 給出了高增益，使得平均電流型控制能正常工作。這個(gè)誤差放大器在 開(kāi)關(guān)頻率附近的增益由開(kāi)關(guān)開(kāi)斷時(shí)電感電流的下降斜率跟蹤振蕩器 斜波確定。這兩個(gè)信號(hào)是 UC3854PW比較器的輸入。電感電流下降斜率單位是A/S,當(dāng)輸入電壓為零時(shí)值最大。換句話(huà) 說(shuō),也就是升壓變換器輸入和輸出間電壓差最大時(shí)。在這一點(diǎn)(Vin=0),電感電流由升壓變換器輸出電壓和電感之比(Vo/L)給出。這個(gè)電流流 進(jìn)電流檢測(cè)電阻Rs,產(chǎn)生一個(gè)斜率為VoRs/L的電壓(用電流檢測(cè)變

39、壓 器時(shí)為VoRs/NL)。這個(gè)斜率,在開(kāi)關(guān)頻率附近被電流誤差放大器增益 放大,如電流環(huán)補(bǔ)償適當(dāng)，它就等于振蕩器斜波的斜率(單位為V/S)。 如這個(gè)增益太高，電感電流的斜率就大于斜波斜率，環(huán)就不穩(wěn)定。不穩(wěn) 定性將出現(xiàn)在輸入波形的尖端附近，隨著輸入電壓增加而消失。將電流誤差放大器的增益與上式相乘，并令此等于1,就可求出環(huán) 的截止頻率。重新安排方程并解出截止頻率為其中fci是電流環(huán)截止頻率，Rcz/Rci是電流誤差放大器增益。用 這種方法可獲得電流環(huán)最好的可能響應(yīng)。在實(shí)例電路中，輸出電壓為400Vdc,電感是1.0mH,所以電感電流 的下降率為400mA/us電流檢測(cè)電阻是0.25門(mén)所以到電流誤差

40、放大 器的輸入是100mV/us UC3854振蕩器斜波峰峰值為5.2V,開(kāi)關(guān)頻率 為100KHZ所以這個(gè)斜波的斜率是0.52V/US。電流誤差放大器在開(kāi)關(guān) 頻率附近的增益必須為5.2,才可使兩個(gè)斜率相等。輸入電阻(Rci)取 3.9K,反饋電阻(Rcz)取20K,給出放大器的增益為5.2。電流環(huán)截止頻 率為 15.9KHZ。電流誤差放大器零響應(yīng)的位置必須在或低于這個(gè)截止頻率。如它 在截止頻率，相位差將為45度。如低于截止頻率，相位差就較大。45 度相位差是非常穩(wěn)定的，不僅過(guò)沖小，對(duì)器件變化還具有很好的冗余 度。零響應(yīng)位置應(yīng)放在截止頻率上，且電容在這個(gè)頻率上的阻抗應(yīng)等 于 Rcz的值。方程是,

41、Ccz=1/(2 fciRcz)。實(shí)例變換器的 Rcz=20K,fci=15.9KHz,所以 Ccz=500pF。為給出更低一點(diǎn)的相位 差,Ccz 取 620pF。為了改善噪音靈敏度，通常在開(kāi)關(guān)頻率附近給電流誤差放大器響 應(yīng)加一個(gè)極點(diǎn)。如果這個(gè)極點(diǎn)在半開(kāi)關(guān)頻率之上 ，就不會(huì)影響電流環(huán) 的頻率響應(yīng)。實(shí)例變換器的 Cep用62pF電容，給出一個(gè)128KHZ的極 點(diǎn)。它在實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率之上，所以應(yīng)該用大一點(diǎn)的電容值，不過(guò)這兒用 62pF電容就足夠了。電壓誤差放大器補(bǔ)償為了穩(wěn)定性，電壓控制環(huán)必須加以補(bǔ)償，但因電壓環(huán)的帶寬比開(kāi)關(guān) 頻率小得多，要求電壓控制環(huán)實(shí)實(shí)在在地驅(qū)動(dòng)，這樣才能保持輸入失 真最小。為了衰

42、減輸出電容上的母線(xiàn)頻率二次諧波，保持輸入電流的調(diào)制小，環(huán)帶寬必須足夠地低。電壓誤差放大器還必須有足夠的相位 移，所以能保持調(diào)制與輸入母線(xiàn)同相，因而保證高功率因數(shù)。輸出級(jí)的基本低頻模型是驅(qū)動(dòng)一個(gè)電容的電流源。功率級(jí)和電流 反饋環(huán)組成電流源，電容就是輸出電容。這樣就構(gòu)成一個(gè)積分器，它 的抗性特性是每十倍開(kāi)關(guān)頻率變化而變化20dB如果電壓反饋環(huán)如此，閉合就會(huì)是穩(wěn)定的，電壓誤差放大器的增益將是不變的。 這就是 用于穩(wěn)定電壓環(huán)的技術(shù)。但是，它的特性還在于減小紋波電壓幅度和 把相位移到90度，放大器響應(yīng)需要有一個(gè)極點(diǎn)。用失真準(zhǔn)則確定電 壓誤差放大器對(duì)母線(xiàn)頻率二次諧波的增益，爾后求出1增益截止頻率，并用來(lái)確

43、定電壓誤差放大器頻率響應(yīng)的極點(diǎn)位置。設(shè)計(jì)電壓誤差放大器補(bǔ)償?shù)牡谝徊绞谴_定在輸出電容上呈現(xiàn)的紋 波第一的大小。這個(gè)二次諧波電壓峰值為其中Vopk是輸出紋波電壓的峰值（峰峰值是這個(gè)值的兩倍，fr 是紋波頻率，即輸入母線(xiàn)頻率的二次諧波， Co是輸出電容值，Vo是 直流輸出電壓。實(shí)例變換器的峰值紋波電壓為 1.84Vpk。這個(gè)紋波列輸入傳遞產(chǎn)生的失真量要進(jìn)一步解決。這要以變換器 指標(biāo)為基準(zhǔn)。實(shí)例變換器規(guī)定3%THD有0.75%的THD來(lái)自這個(gè)為量。 這就意味著電壓誤差放大器輸出的紋波電壓被限制在1.5%。電壓誤差放大器有效輸入范圍C Vvea為到m.V,所以電壓誤差放大器輸 出中的峰值紋波電壓為 Vv

44、eapk波x Vvea。實(shí)例變換器電壓誤差 放大器輸出峰值紋波電壓為60mVpk電壓誤差放大器增益Gva在二次諧波紋波頻率的值，是上面給出 的兩個(gè)值之比。電壓誤差放大器輸出峰值紋波電壓除輸出電容峰值紋波電壓。實(shí)例變換器的Gva是0.0326。設(shè)計(jì)的下一步是要確定 Rvi選擇的界限。它的值必須足夠小，以 至于偏置電流對(duì)輸出影響不大，但為了它的損耗不大又必須充分大。 在實(shí)例變換器中，Rvi取511K功率損耗為300mW/反饋電容Cvf設(shè)置二次諧波紋波頻率的增益，通過(guò)它的選擇校正 母線(xiàn)頻率二次諧波的電壓誤差放大器增益。方程為實(shí)例變換器取Cvf =0.08uF。如果取Cvf =0.047uF，相位差會(huì)

45、稍 好一些，失真只稍大一點(diǎn)點(diǎn)，故取這個(gè)值。輸出電壓由分壓器Rvi和Rvd設(shè)置。Rvi的值總是確定的，所以 Rvd由所希望的輸出電壓求出，參考電壓為 7.5Vdc。例中Rvd=10K 得到的輸出電壓為390Vdc。要輸出400Vdc,可再在這個(gè)Rvd上并一 個(gè)414K電阻，不過(guò)這個(gè)應(yīng)用用390Vdc就可以了。Rvd對(duì)有源功率因 數(shù)校正器的交流特性沒(méi)有影響。它只影響直流輸出電壓的設(shè)定。電壓誤差放大器的極點(diǎn)頻率，可令環(huán)增益方程等于 1而解出頻率 得到。等于環(huán)增益是誤差放大器增益和功率級(jí)增益之積， 可用輸入功 率來(lái)表示。乘法器、除法器和平方器都可歸入功率級(jí)增益，它們的影 響是把等于誤差放大器的輸出變換

46、成功率控制信號(hào)。 這樣就可把升壓 級(jí)傳輸函數(shù)簡(jiǎn)單地用功率表示。方程為其中Gbst是升壓級(jí)增益，包括乘法器、除法器和平方器，Pin是平均輸入功率，Xco是輸出電容阻抗，二Vvea是電壓誤差放大器輸出 電壓范圍（UC3854為4V），Vo是直流輸出電壓。這個(gè)誤差放大器在極點(diǎn)之上頻率響應(yīng)增益為其中Gva是電壓誤差放大器增益，Xcf是反饋電容的阻抗，Rvi 是輸入電阻。總電壓環(huán)增益是 Gbst和Gva之積，為上式中有兩個(gè)因子與f有關(guān)，即Xco和Xcf。這個(gè)函數(shù)有二階斜 率（每十倍40dB,所以是頻率平方的函數(shù)。為解出1增益頻率，令GV=1重新安排方程，并解出fvi。Xco用1/（2二fCo）代替，Xc

47、f用 1/（2二Cvf）代替。則方程變?yōu)閷?duì)實(shí)例解出fvi=19.14Hz。再令Rvf等于Cvf在fvi時(shí)的阻抗， 就可解出Rvf。方程為Rvf=1/（2二fviCvf）。實(shí)例算出為177K,取174K。前饋電壓分壓器濾波器乘法器前饋輸入二次諧波紋波電壓的百分比與交流母線(xiàn)三次諧波 紋波電流百分比相等。前饋分壓器中的電容（Cff1和Cff2 ）衰減來(lái) 整流輸入電壓的紋波電壓。輸入交流母線(xiàn)電壓的二次諧波紋波為 66.2%。所需要的衰減量，或?yàn)V波器增益，就是三次諧波失真分配到 這個(gè)失真源的失真除66.2%。實(shí)例由這兒輸入的是總諧波失真的1.5%,所以所要求的衰減是 Gff=1.5/66.2=0.022

48、7。希望這個(gè)分壓器串能實(shí)現(xiàn)一個(gè)二階濾波器，這樣會(huì)給出母線(xiàn)電壓 方均根值變化的更快的響應(yīng)。典型情況約快6倍。要使帶寬最寬，這 個(gè)濾波器的兩個(gè)極點(diǎn)應(yīng)位于同一頻率。這個(gè)濾波器的總增益是兩級(jí)濾 波器增益之積，所以每級(jí)濾波器的增益是總增益的平方根。兩級(jí)濾波器的相互作用不大，因?yàn)樗鼈兊淖杩共煌士煞謩e處理。在實(shí)例變 換器中，每級(jí)濾波器在二次諧波頻率的增益為 0.0227或每級(jí)為0.15。 為了求出電容值，就要求出截止頻率，它們的關(guān)系仍然一樣。具有簡(jiǎn) 單的實(shí)極點(diǎn)，所以截止頻率是級(jí)增益乘紋波頻率，即實(shí)例變換器濾波器增益為0.0227，級(jí)增益為0.15，紋波頻率為120Hz, 所以截止頻率為fc=0.15 X

49、 120=18Hz因?yàn)榻刂诡l率是用來(lái)計(jì)算濾波電容的，即電容阻抗等于截止頻率 下的負(fù)載電阻的阻抗。下面的兩個(gè)方程可用來(lái)計(jì)算兩個(gè)電容的值在實(shí)例變換器中Rff2 為91K, Rff3 為20K,所以 Cff1=0.1uF ,Cff2=0.44uF，取 Cff2=0.47uF。至此就完成了有源功率因數(shù)校正器主電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程小結(jié)下面將前節(jié)介紹的有源功率因數(shù)校正器的設(shè)計(jì)過(guò)程按步驟進(jìn)行小 結(jié)。實(shí)例仍然選原來(lái)的。1 .指標(biāo)確定有源功率因數(shù)校正器的工作要求。例：Po(max): 250WVin: 80-270Vacf l : 47-65HZVo: 400Vdc2. 選擇開(kāi)關(guān)頻率例：100Khz3. 選擇電

50、感A.最大峰值母線(xiàn)電流。Pin二Po(max)例I pk=1.41 X 250/80=4.42AB .紋波電流1=0.2 X 4.42=0.9A(p-p)C .確定低整流母線(xiàn)電壓峰 Vin(p)處Ipk時(shí)的占空比D=(400-113)/400=0.71D .計(jì)算電感，fs是開(kāi)關(guān)頻率L=(113 X 0.71)/(100000 X 0.9)=0.89mH 取 1.0mH4 選擇輸出電容其中丨是保持時(shí)間，W是最小輸出電容電壓。如要求保持時(shí)間就用這個(gè)方程，典型情況用每瓦 1uF到2uF。如果不考慮保持 時(shí)間，用二次諧波紋波電壓和總電容功率損耗來(lái)確定最小電容。例CO=(2 X 250X 34ms)/(

51、400 2-3502)=450uF5 .選擇電流檢測(cè)電阻如果用檢流變壓器就要考慮匝比，以及檢流輸出對(duì)公共端是正還是負(fù)。要保證這個(gè)電阻上的電壓較低，典型情況是例I pk(max) =4.42+0.45=5.0A(p) B 計(jì)算檢流電阻RS=1.0/5.0=0.2C 計(jì)算實(shí)際峰值檢測(cè)電壓Vrs(pk) =5.0 X 0.25=1.25V6 .設(shè)置峰值電流限制,典型情RPkl和RPk2是分亞器電阻。選擇一個(gè)過(guò)載峰值電流I pk(ovld) 況 Rki 取 10k。例Rpk2=(1.4 x 10k)/7.5=1.87k，取 1.8k。7 .乘法器設(shè)計(jì)乘法器的工作由下面的方程給出。Imo是乘法器輸出電流，Km=1, lac是乘法輸入電流，Vff 是前饋電壓，Vvea是電壓誤差放大器輸 出。阻可用下面的兩個(gè)式子求出，分壓器輸入阻抗通常選1倍。分壓器電A .前饋分亞器由于Vin的方均根值隨著整流輸入電壓的變化，在Vin(min)時(shí)