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一种小功率单级功率因数校正电路

作者:时间:2011-02-13来源:网络收藏

摘要:讨论一种的原理,并分析其实验结果。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/179856.htm

关键词:

  A Low Power Single- stage Converter to Improve Power Factor

Abstract: The paper introduces the operating principle of a low power single- stage converter to improve

power factor, analyses the result of experiment.

Keywords:Single- stage Power factor

1引言

  对于较小的变换器,若采用复杂的功率来提高源侧功率因数,会导致成本增加,失去应用价值。本文所讨论的为采用升压电感和双正激电路组合的方式,完成功率因数和功率输出。

2电路原理

  电路原理图如图1所示。图中L1,VD2,VD3,开关管S1和储能电容C1组成了一个工作于DCM(电流断续工作方式)的升压(BOOST)变换器。

Ljl1.gif (7725 字节)

图1电路原理图

  该电路采用一块UC3845作为控制芯片,反馈信号来自输出端。UC3845的驱动信号经过一个小变压器,变为两路同相位的驱动信号,分别驱动两只开关管S1和S2。由于没有电流取样,电路只能工作于DCM方式,否则电路中电流会失控。该电路首先要保证输出稳压,故占空比变化不大,电流波形如图2所示。

Ljl2.gif (5856 字节)

图2电流断续控制模式(DCM)

  在DCM方式下,每一开关周期T内,输入电流的峰值ip为:

ip=Uin×D×T/L1(1)

式中:D—占空比T—开关周期

Uin—输入电压L1—输入电感

在每一开关周期T内平均输入电流iave为:

iave=ipD=UinD2T/L1(2)

  由于开关频率足够高,可以认为在一个开关周期内Uin是不变的。当占空比和开关频率不变时,输入电流的平均值正比于输入电压,它可以自动跟踪输入电压呈正弦波形,从而起到功率因数校正的作用。

  在DCM方式下,应满足:

Uin×ton≤(Uc-Uin)×toff(3)

式中:Uin—输入电压;ton—导通时间;

Uc—电容C1电压;toff—关断时间。

当上式取等号时,有最大占空比

Dmax=ton/(ton+toff)=(Uc-Uin)/Uc(4)

电容电压Uc受电容器耐压值及成本的限制,不能取得太高,这里取430V。根据国内电网的情况,当输入电压有效值为260V时,占空比Dmax=(430-260×1.414)/430=14.5%。可见,这时的占空比很小,这会加大主电路开关管的损耗,同时要求储能元件的容量很大,元器件利用率低,整体效率低。

  为了提高占空比,从变压器引出一个绕组N2,按图1所示的极性串于电路中。此时,由公式(Uin+UN2)×ton≤(Uc-Uin+UN2)×toff可推出最大占空比

Dmax=(Uc-Uin+UN2)/(Uc+2UN2)(5)

取UN2=70V,则当输入电压为260V有效值时,占空比

Dmax=(430-260×1.414+70)/(430+2×70)

=23.2%(6)

若取UN2=100V,则当输入电压为260V有效值时,占空比

Dmax=(430-260×1.414+100)/(430+2×100)

=25.8%(7)

可见,占空比提高了许多,这对于改善电路性能很有好处。

  另外,绕组N2的加入,可使当输入电压Uin较小时,相对增大输入电流i,由于整个电流平均值iave不变,故电流的峰值必然下降,从而使电流波形更接近正弦波,有助于提高功率因数。

3工作状态分析

  为了分析方便,将变换器在一个工作周期内的工作情况分为三个阶段,如图3所示。

Lfl3.gif (4407 字节)

图3工作周期示意图

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