变频空调中基于UCC3818的APFC电路设计

摘    要：本文介绍了较大功率变频空调的一种APFC方案。它应用升压电路，采用平均电流控制，使功率因数达到0.99以上。结果表明，方案具有较高的可靠性。
关键词：APFC；平均电流控制；变频空调

引言
变频空调中，其AC/DC变换大都采用二极管整流和大容量电容器组成的整流滤波单元与供电电网直接相连。其功率因数一般为0.7左右，同时输入电流谐波大，特别是奇次谐波尤为突出。本文基于升压拓扑电路结构，以UCC3818为PFC控制核心，介绍了如何计算及设置其控制参数，并将该电路应用于变频空调中去实现其功率因数校正，使各次谐波电流含量均满足CCC认证标准。

PFC的基本原理及控制方法
实现PFC可以采用无源和有源两种控制方式。无源控制方式由电感和电容构成，特点是简单、易实现，但很难实现高功率因数，所以应用在系统功率较小或对功率因数要求不太严格的场合；而有源控制方式很容易实现近似为1的功率因数，所以应用在系统功率较大和对功率因数要求很高的场合。有源功率因数校正(APFC)与其它转换式电源一样，是通过脉宽调制来实现的。
单相APFC电路可以采用多种拓扑结构实现，如升压、降压等。升压电路结构简单，控制器容易实现；且输入电流连续，传导噪声较小。因此通常采用升压拓扑结构构建单相APFC。其结构通常是在桥式整流之后增加一个升压电路，如图1所示。通过功率开关元件的开关作用，使输入的电流变成与电网电压几乎完全同相的正弦波，电流畸变率降到5％以下，功率因数提高到0.99或更高。根据APFC电路输入检测和控制方式的不同，用升压变换器构成的APFC电路可分成：电感电流不连续模式(DCM)工作和电感电流连续模式(CCM)工作两大类。在CCM模式下常用的控制方法有三种，即峰值电流型控制、滞环电流型控制和平均电流型控制。
平均电流型控制以整流器输出电压和电压环的误差放大电器输出电压为电流内环的基准输入，反馈输入电流信号可通过回路中的取样电阻直接检测，与电流基准信号运算后，其高频分量在电流误差放大环节被平均化处理。放大的平均电流误差与一定振幅的锯齿波比较后，决定了功率开关驱动信号的占空比。于是，电流环调整输入电流的平均值，使与整流器输入电压同相位，并且为正弦波。电压环的控制使升压电路的输出电压恒定，对后级起到预稳压的作用。在平均电流型控制模式下，工频输入电流的瞬时值是高频电流的平均值。由于电流误差放大器的存在，电感电流峰值和平均值的误差很小，这个平均值和输入电压的关系是线性的，因此容易获得良好的谐波抑制效果。而且，由于误差电压是和一个较大振幅的锯齿波相比较，提高了系统的噪声容限。即使在极低的负载时，电路工作在DCM模式，电流误差放大器较高的增益也能使占空比在大范围内变化，保持电感平均电流和输入电源电压的线性对应关系。

电路设计实例及过程
本文中，技术指标为输入电压Vin=220