CH4高頻開關電源(續(xù))課件

現(xiàn)代電源技術第四章高頻開關電源（續(xù)）4.5功率因數(shù)校正傳統(tǒng)的橋式整流、電容濾波電路會使AC輸入電流產(chǎn)生嚴重的波形畸變，向電網(wǎng)注入大量的高次諧波，因此網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)不高，僅有0.6左右，并對電網(wǎng)和其它電氣設備造成嚴重諧波污染與干擾。

+CUou1i1uott1t2i1tt1t2功率因數(shù)PF(PowerFactor)主要用來表征電子產(chǎn)品對電能的利用效率。功率因數(shù)越高，說明電能的利用效率越高。PF是電氣設備的一項重要技術指標功率因數(shù)校正PFC（PowerFactorCorrection）CCC認證：都必須增加PFC電路。在歐盟銷售功率大于75KW的電氣設備需滿足歐洲技術標準EN6100-3-2(IEC61000-3-2)影響PF的兩個因數(shù)：Cosj

：相移j

與用電設備無功功率有關

g：與諧波電流有關控制輸入諧波電流有助于改善電路的功率因數(shù)、減小對電網(wǎng)的諧波污染一般整流濾波電路存在問題+CUou1i1uott1t2i1tt1t21，使用非線性元件，產(chǎn)生大量諧波電流2，啟動時產(chǎn)生浪涌沖擊電流，是正常電流的數(shù)十倍3，導通角小，形成窄脈沖電流，總諧波失真大2，提高功率因數(shù)的主要方法無源濾波器－無源功率因數(shù)校正PPFC：一般采用無源器件L、C組成低通濾波器，將交流輸入電流進行相移、整形以提高功率因數(shù)。無源PFC的功率因數(shù)不是很高，只能達到0.7~0.8；電路簡單，但體積大（工頻）L+CUou1i1

有源功率因數(shù)校正APFC（PowerFactorCorrection）在整流器和負載間接入PFC轉(zhuǎn)換器(DC/DC)，利用控制電路強迫輸入電流跟蹤輸入電壓波形，即使輸入電流正弦化（THD低），并與輸入電壓同步j）RLu1i1DC/DC控制器Uoi22個控制環(huán)：輸入電流控制輸出電壓控制APFCRLu1i1DC/DC控制器Uoi2高于0.99的線路功率因數(shù)，并具有低損耗和高可靠等優(yōu)點；有源PFC電路可用作輔助電源，而不再需要輔助電源變壓器；輸出不隨輸入電壓波動變化，因此可獲得高度穩(wěn)定的輸出電壓；有源PFC輸出DC電壓紋波很小，且呈100Hz/120Hz（工頻2倍）的正弦波，因此采用有源PFC的電源不需要采用很大容量的濾波電容。

3，有源功率因數(shù)校正電路的分類按DC/DC電路結(jié)構分：降壓式升/降壓式反激式升壓式常用特點：輸入回路的電感適合于電流控制；在輸入電壓范圍內(nèi)能保持高PF；開關管電壓不超過輸出電壓；開關管與輸出共地，控制、驅(qū)動簡單。RLu1i1Uoi2LCVDS-+-+Xu2UeUREFPWMiREFAR04，有源功率因數(shù)校正電路工作原理電壓控制，電流斷續(xù)型(DCM)BoostPFCRLu1i1Uoi2LCVDSu2UREFPWM比較放大u1u2ti2i2iptonTDCM特點:控制電路簡單；不需檢測電流恒開關頻率；但開關管和電感的峰值電流大；適用于小功率、對功率因數(shù)要求不高的場合有源功率因數(shù)校正電路工作原理電流控制，電流連續(xù)型DCMRLu1i1Uoi2LCVDS-+-+Xu2UeUREFPWMiREFARSi1u1u2iREFi2乘法器的作用：產(chǎn)生正比于正弦電壓的電流源穩(wěn)定輸出電壓L：適用于電流型控制C移至輸出端：保持u2正弦波形；穩(wěn)壓u1iHi2iL電流控制器iREFi2控制S電流控制器根據(jù)iREF設定iH和iL，i2與iH和iL比較，控制開關管的通/斷。特點:功率因數(shù)高;工作在電感電流連續(xù)狀態(tài),功率開關電流額定小;易于實現(xiàn)但控制電路復雜,需檢測電流變開關頻率,輸出濾波較復雜采用恒頻峰值電流控制技術的APFCRLu1i1UoLCVD-+Xu2UeUREFiREFA電流檢測與變換+-驅(qū)動RCPQ時鐘發(fā)生器D觸發(fā)器電流取樣信號來自功率管的漏極電流iD控制iD的峰值電流波形iREFiD特點:恒開關頻率,濾波簡單;跟蹤法，易于實現(xiàn)但難以實現(xiàn)外部諧波補償;電源電壓過零時電流失真大采用平均電流控制技術的APFC

電流誤差放大器PWM比較器工作原理在BoostPFC電路中，Q管導通，L貯能，通過電感的電流IL增加，而Q管截止時，二極管D導通，電容C充電，流過電感電流IL減小。這樣使電感電路中電流IL可跟蹤基準信號波形。即IL的平均值I與整流后的電壓波形接近同相。特點:功率因數(shù)高,可達0.99恒開關頻率,濾波簡單;工作在電感電流連續(xù)狀態(tài),功率開關電流額定小;能抑制開關噪聲,但控制電路復雜,需檢測電流5，PFC集成控制電路APFC技術已趨成熟，有多種APFC集成控制電路芯片Unitrode公司的－UC3854:平均電流控制方式的BoostPFC控制器－UC3855:平均電流控制方式的ZVTBoostPFC控制器ST公司的L6561－變頻峰值電流控制方式的PFC控制器UC3854

應用L6561內(nèi)部電路：電壓放大器VA、乘法器M、電流過零檢測、MOS驅(qū)動、過壓保護、欠壓保護電流過零檢測欠壓保護過壓保護MVAL6561典型應用驅(qū)動電路：將控制信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動信號，保證開關器件正常導通/關斷高頻開關電源電路常用的開關器件：MOSFET和IGBTMOSFET和IGBT驅(qū)動電路MOSFET和IGBT對驅(qū)動電路的要求：柵源間、柵射間有數(shù)千皮法的電容，為快速建立驅(qū)動電壓（前沿要陡），要求驅(qū)動電路輸出電阻小足夠的UGS。使MOSFET開通的驅(qū)動電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓一般15~20V關斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓（一般取-5~-15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗常用的驅(qū)動方法1，集成電路直接驅(qū)動GDCGSS控制芯片R1R2R1:限流電阻，減小尖峰干擾R2：靜態(tài)放電電阻IR2103半橋驅(qū)動電路高位自舉式驅(qū)動，電壓達600V；內(nèi)部有死區(qū)控制，高低位直通保護。輸入/輸出邏輯2，加入功率放大級驅(qū)動GDSR1R2R23，變壓器耦合驅(qū)動DSR1R2DSR1R24，光耦合驅(qū)動RGV1D16451932140V20VEXB840過電流保護AC1R1C2V2IGBT雙絞線過電流保護輸出驅(qū)動信號15PWM控制器PWM集成控制芯片：除產(chǎn)生PWM信號外，具有保護等多種功能urucPWM比較器PWM控制信號的生成：軟件、硬件PWM控制器用于PWM控制的集成控制芯片有很多，不同廠家生產(chǎn)的芯片只要型號相同，其結(jié)構和基本性能相似。芯片有單路輸出，也有雙路輸出，用于逆變控制系統(tǒng)的芯片需要相位相反的雙路輸出TL494：

有兩種可選方式的雙路輸出(OC)SG3525TL494的內(nèi)部結(jié)構基本組成：基準電壓產(chǎn)生電路振蕩器誤差放大器PWM比較器脈沖合成和輸出驅(qū)動管死區(qū)時間控制電路鋸齒波生成和PWM頻率OSCRTCTCT振蕩器振蕩頻率：PWM生成和輸出控制兩種輸出方式由13端控制：

Q1、Q2同相 Q1、Q2反相脈沖寬度調(diào)節(jié)：3、4端控制誤差放大器—調(diào)節(jié)器兩個誤差放大器分別用于電壓調(diào)整和電流限流_+實際值設置值死區(qū)時間控制作用：限制脈沖寬度；可用于閉鎖控制軟啟動死區(qū)時間控制REFDTCREFDTCDTC和ACK對脈寬的控制4.7高頻開關電源的電磁兼容性所謂電磁兼容EMC（ElectromagneticCompatibility）是指各種設備在共同的電磁環(huán)境中能正常工作的共存狀態(tài)。設備不產(chǎn)生超過規(guī)定限度的，即環(huán)境中其它設備不能夠承受的電磁干擾設備具有抵抗電磁干擾的能力包含：騷擾（disturbance）和抗擾（immunity）EMC電磁環(huán)境在惡化重視EMC電子設備人類自身3C認證對電子產(chǎn)品的EMC有詳細規(guī)定EMC電磁兼容技術是解決電磁干擾相關問題的一門技術電子產(chǎn)品的電磁兼容性設計：設法抑制或消除電磁干擾，提高電子產(chǎn)品在電磁環(huán)境中的工作穩(wěn)定性和可靠性。一、電磁干擾EMI（ElectromagneticInterference）任何可能使電子設備性能下降、失效，或?qū)ιw產(chǎn)生損害的電磁現(xiàn)象電磁干擾以電磁輻射載流導體傳輸形式出現(xiàn)輻射干擾傳導干擾電磁干擾的三要素：電磁干擾源耦合通路對電磁干擾敏感的電子裝置（受體）電磁干擾源自然干擾自然界產(chǎn)生的:雷擊、宇宙射線、靜電等特點：發(fā)生源不可控人為干擾電子設備有意、無意產(chǎn)生的如：廣播、電視無線電電磁波、通信等；電氣設備中開關操作等引起電壓電流的快速變化形成電磁輻射干擾電磁干擾按噪聲干擾源種類分尖峰干擾諧波干擾電源是電子設備必有的一部分，也是電磁干擾的主要干擾源和接受體。二、開關電源的電磁干擾及對策開關電源中由功率開關管的高頻開關工作產(chǎn)生的高頻電流通過變壓器、導線等部件形成電磁輻射干擾；開關電源工作時產(chǎn)生的諧波通過電源線產(chǎn)生傳導干擾開關電源是很強的電磁干擾源對策開關電源的內(nèi)部電路一般采用濾波、屏蔽、接地、合理布局，選擇電磁兼容性能更好的元件和電路在安裝開關電源時，注意輸入線路和輸出線路的隔離、輸出線絞合或平行配線、機架地線與信號地線分開配置必要的輸入浪涌抑制等等。對策1，抑制高頻開關變壓器噪聲采用RCD網(wǎng)絡（抑制電路）限制高頻開關變壓器產(chǎn)生的電壓過沖減小漏磁場引起的輻射干擾：屏蔽；磁芯形狀、繞組緊密排列2，合理進行電路板PCB的設計減小電路產(chǎn)生的電磁輻射；減小對外界干擾的敏感性；減小電路之間的相互干擾。合理布局：模擬電路、數(shù)字電路分開布線；功率電路、控制電路分開布線；高頻、大電流連線越短越好；電源線、地線的布線應短、直、粗

……3，電路的隔離阻斷傳導干擾的傳播途徑變壓器隔離交流信號：線性（光電耦合）隔離器直流信號：光電耦合隔離數(shù)字信號：脈沖變壓器4，屏蔽限制向外輻射電磁能；阻止外來輻射電磁能的進入電場屏蔽磁場屏蔽電磁場屏蔽機箱屏蔽區(qū)域屏蔽屏蔽材料：高電導率材料高磁導率材料5，接地地線電位是整個電路工作的基準電位。很多電磁干擾問題是由地線產(chǎn)生的良好的接地可以消除噪聲的產(chǎn)生，減小電磁干擾的作用。常用的接地方法：浮地、單點接地、多點接地電路1電路2電路3浮地多點接地電路1電路2電路3單點接地電路1電路2電路3就近接地，地線短；高頻下效果好電路地與公共地隔離；不同電位的電路配合容易；需避免靜電放電簡單；地線長；電路間通過地線相互影響地線應注意：公用地線截面積應盡量大些，以減小地線的內(nèi)阻，應把電流最大的電路放在距電源的接地點最近的地方當頻率較高時，應采取大面積的地線6，濾波抑制傳導電磁干擾電子設備交流電源差模干擾共模干擾～～～是低頻干擾（1MHz）是高頻干擾開關電源的市電輸入側(cè)加EMI電路AC壓敏電阻共模濾波差模濾波升壓輸出有源功率因數(shù)校正電路原理圖RLu1i1控制器Uoi2LCVDS升壓輸出有源功率因數(shù)校正電路RLu1i1Uoi2LCVDS-+-+Xu2ueUREFPWMiREFAR0RCD尖峰吸收電路GDSCR主電路及驅(qū)動840+VD1VD2LN2N2UoN1iuUi返回控制電路16153141312411810912iuTL494765+15VREF返