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基于功率因數(shù)校正的離線式開關(guān)電源設(shè)計

發(fā)布時間： 2016-07-11 13:52:32 關(guān)注量：1210

　離線式開關(guān)電源通常應用整流橋和輸入濾波電容從輸入吸收能量，大電容在接近交流輸入峰值處充電以給為逆變提供能量的未經(jīng)調(diào)整的BUS提供能量。電容的容量必須足夠大，當整流后半期內(nèi)線電壓低于BUS電壓時，僅由它向后續(xù)提供能量。
不幸的是，有輸入濾波電容會導致輸入電流波形不在是正弦，而是一很窄的峰值很高的電流波形，輸入功率僅有0.5"0.65，嚴重的畸變導致電網(wǎng)污染。線電流有效值可達兩倍相同正弦電流有效值。120V，15A的線路甚至不能在不導致電路斷路器動作時提供1Kwde輸入功率。而高功率因數(shù)校正卻能夠提供幾乎是其兩倍的功率，并且損耗很低，因此在許多領(lǐng)域內(nèi)，高功率因數(shù)校正器成為一需求。
本文所述的高PFC放置于輸入整流和BUS電容之間，工作頻率遠大于線電壓頻率，校正器吸收正弦半波輸入電流，相位與線電壓相位相同通過BUS直流電壓與參考電壓的比較控制電流。
結(jié)果是：
1、改善功率因數(shù)到0.95"0.99。
2、較少諧波(如果需要可〈3%〉。
3、無間斷運行于90"270V線電壓范圍。
4、嚴格控制BUS電容，使其電壓波動范圍很小，高效設(shè)計。
5、減小濾波電容，降低了成本。
6、減小充電電流有效值，提高電容可靠性。
基本運行原理：
本文假定PFC工作頻率為fs=100khz，電網(wǎng)頻率為60hz，校正器吸收隨正弦半波電壓成正比變化的電流以獲得功率因數(shù)接近1的輸入。因此在整流橋輸入端電流與電壓同相位。當然，這只是用純電阻負載。擁有這種功能的校正電路叫做“電阻競爭者”。
輸入電流控制通過乘法器，讓表征整流輸入線電壓波形的正弦半波與控制電壓相乘，得到VERR，VERR在每個半波內(nèi)必須恒定，因此可以控制VERR來控制RMS輸入電流，以控制每半個周期從電網(wǎng)吸收的能量。VERR代表VDC與參考電壓的偏差，經(jīng)放大轉(zhuǎn)變成誤差放大器的輸出。當VDC低時，VERR變大，增大輸入功率以彌補濾波電容上能量的損失。
功率變換：盡管校正器輸入電流波形時正弦波，但它的輸出電流ichg是個正弦的平方的函數(shù),通過思考校正器的輸入/輸出功率而非輸入/輸出電壓可以得到各個運行參數(shù)。假定為高輸入功率因數(shù)校正，其頻率遠大于工頻，在校正器上儲存和消耗的能量忽略不計(電感儲存的能量在每個開關(guān)周期上通常大于其傳遞的能量，但是在每工頻半周期內(nèi)可以忽略)。因此輸入與輸出功率相等。
BOOST電路：
最常用的HPFC電路，輸出必須總大于輸入暫態(tài)值。輸入電流不需要關(guān)斷，由于電感的存在很小，減小了線路污染和EMI，另外線路的SPIKE被電感吸收，增加了系統(tǒng)可靠性。電流連續(xù)模式下，輸入電感使電流控制模式得以很好應用以控制輸入電流正弦(電流控制實際市控制電感電流)
晶體的位置使得其容易驅(qū)動，因為S和E極參考控制電路和電容的共同端。晶體最大電壓為電容電壓。
其最大的缺點是不能限流，因為其在輸入和輸出間沒有串聯(lián)開關(guān)。不能控制過載和啟動過電流，只有通過后續(xù)逆變部分提供保護。
還有，當輸入電壓比輸出電壓高的時候，其不起作用，這種情況發(fā)生在每次供電設(shè)備開機和線電壓足夠長時間的紊亂的時候。軟啟動沒有作用，因為在這種情況下BOOST電路不運行。晶體一直關(guān)斷，但是輸入電流將上升，其峰值將大于幾倍額定電流值，導致電感飽和，除非另加限流電路。
必須加入斜坡補償，以防止在D大于0.5(VIN〈VDC/2〉時系統(tǒng)不穩(wěn)定。因為電感電流隨輸入電壓變化，所以斜坡補償很難控制，這個問題可以通過降低電流內(nèi)環(huán)帶寬避免，以致電感電流平均值被直接控制，而不是截取峰值電流。因為開關(guān)頻率遠大于電網(wǎng)頻率，所以有很大的空間去控制電流環(huán)的帶寬。
不連續(xù)的電感電流模式不能用在HPFC電路中，因為在峰值輸入電壓處電感電流下降很窄，因此紋波電流很小。但是在HPFC在輸入電壓峰值處，線電流也在其峰值處。擁有高峰值電流低紋波，電感電流必須連續(xù)。
BUCK電路
由于BUCK電路要求輸入總大于輸出，所以其不用在HPFC中。在輸入電流為正弦半波時候，當其變化的電壓數(shù)值小于BUS電壓時，其停止工作。雖然如此，但是BUCK拓撲在做限流時非常有用(母線有開關(guān)管)，其可以作為BOOST的一個補充。

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客戶感言

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北京合康億盛變頻科技股份有限公司

經(jīng)人介紹認識了艾德杰，試著從他們那里買了一套產(chǎn)品，性能穩(wěn)定，故障幾乎沒有，即便有點小問題，他們也會過來處理，后來就一直和他們進行友好合作。
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武漢中元華電科技股份有限公司

在我們決定與艾德杰電源合作后，他們派出技術(shù)骨干和我們的技術(shù)部門溝通，充分了解了我司的使用需求后立即準備方案，待我們確認方案后，艾德杰的工作人員馬上將此提上日程，在距預約交貨期還有5天的時候，就已將我司定制的電源送上門，安裝調(diào)試，產(chǎn)品使用至今，一切良好，非常感謝艾德杰的鼎力支持，不辭勞苦的幫我們設(shè)計開發(fā)新產(chǎn)品，技術(shù)可靠，服務周到。
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中國中船重工集團707所

我們公司的工程師只擅長一部分工作，另一部分與電源有關(guān)的工作不是很擅長，公司有個新項目需要他人來合伙開發(fā)，生產(chǎn)，一時半會兒找不到合作伙伴。網(wǎng)上找到了艾德杰，經(jīng)過實地考察，我們決定和艾德杰試著合作一次，整個合作過程，我們多次溝通，商量，他們的工程師技術(shù)好，經(jīng)驗豐富，我們和他們一起探討，彼此的知識面都擴大了，合作過程中設(shè)計到多次修改，他們的工程師半句怨言都沒有，合作的過程非常滿意，產(chǎn)品準時交給我們使用，...
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北京鐵道機車研究所

一次偶然的機會艾德杰的銷售人員聯(lián)系到我們，我們抱著試試看的心情從他那里訂購了一臺電源，性能很好，從那之后我們就建立了長期的合作關(guān)系，偶爾有一點點的小故障，他們的工作人員都會很快的過來幫忙處理。服務熱情周到，他們才是我們的好兄弟，好幫手。
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李明仕

湖北武漢人 1970年7月出生碩士學歷。從事電源設(shè)計研發(fā)工作30年，先后擔任多家電源公司的技術(shù)總監(jiān) 技術(shù)成果 1． 1996年獲武漢市科學技術(shù)研究成果證書武科成證字(96)第014號登記號WK9601003 成果名稱:DTK系列開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 2． 1996年武漢高創(chuàng)電子有限公司的電源項目獲得電源行業(yè)的第一個國家火炬計劃 3． 2000年武漢玉星電子有限責任公司<<電壓過零檢控軟開關(guān)電源>>項目獲科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金無償資助,項目代號20004214054563 4.　電源方面各項專利近20項，其中發(fā)明專利2項。 5. 國內(nèi)電源期刊上發(fā)表多篇論文。

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沈錦飛

1955年出生，現(xiàn)任江南大學物聯(lián)網(wǎng)學院教授、碩士生導師。主要從事電力電子電路、裝置與電能質(zhì)量控制的研究和教學工作，發(fā)表學術(shù)論文30多篇，其中EI檢索5篇，獲得教育部科技進步獎、江蘇省教學成果獎、無錫市科技進步獎，多項發(fā)明專利，主編本科教材；被評為無錫市優(yōu)秀教師、市級先進個人。是中國自動化學會會員、江蘇省電工協(xié)會自動控制系統(tǒng)專委會委員、無錫市自動化學會理事、無錫市電機工程學會理事。

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顏文旭

1971 年出生，現(xiàn)任江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院教授，碩士生導師?，F(xiàn)主要從事電力電子技術(shù)及智能控制、機電一體化及過程控制等領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作，發(fā)表學術(shù)論文30篇（其中EI收錄6篇），獲專利12項，參加編制十二五國家級規(guī)劃教材，國家自然科學基金項目，省青年科學基金項目，市級重點實驗室建設(shè)，主持方塊地毯自動包裝生產(chǎn)線開發(fā)、2.0MW風力發(fā)電變流器、10kV高壓固態(tài)軟起動器、船舶壓載水物理強化處理核心技術(shù)...

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