傳統(tǒng)的開關(guān)電源就像是交流電網(wǎng)上的非線性負(fù)載，電源的輸入端均使用橋式整流器和緊接大容量濾波電容器，它的峰值充電效應(yīng)產(chǎn)生的高次諧波電流從輸電線輻射出去而污染電網(wǎng)。功率因數(shù)校正PFC(Power Factor Correction)是十幾年電源技術(shù)進(jìn)步的重大領(lǐng)域，它的基本原理就是從電路上采取措施，使電源輸入電流實(shí)現(xiàn)正弦波，并與輸入電壓保持同相位，正弦化就是要使其諧波為零，兩波形同相位就實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)PF=l的目標(biāo)。
本文基于功率因數(shù)校正芯片UC3854設(shè)計(jì)了一臺(tái)輸出電壓為400V，輸出功率為1000W的功率因數(shù)校正器。文中討論了該樣機(jī)的設(shè)計(jì)方法和工作原理。并就輸入電流諧波失真的問題給出了分析，試驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的樣機(jī)運(yùn)行可靠，性能基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。
l 工作原理
圖l給出了所設(shè)計(jì)的用平均電流控制的Boost功率因數(shù)校正器電路原理圖。
主電路整流橋輸出電壓ui為正弦波的絕對(duì)值，流經(jīng)R5得相似電流波形，加到乘法器的B輸入端，乘法器輸出電流為
當(dāng)輸入電壓一定時(shí)，A和C為常數(shù)，imo的波形與B相似。A和C的數(shù)值緩慢變化時(shí)，不影響imo的波形，imo在R2上的電壓降UR2=imoR2=Upref。Upref既是波形控制環(huán)路的基準(zhǔn)電壓，其波形也是正弦波的絕對(duì)值。輸入電流i的取樣電路是一個(gè)小電阻R1，取樣電壓為Uis=iR1。取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較得到的誤差電壓
當(dāng)波形誤差放大器和主電路兩者的電壓總增益足夠大時(shí)，誤差電壓△UE極小，可以忽略，故有
可見輸入電流i的波形和乘法器輸出電流imo的波形相似。當(dāng)PWM信號(hào)波為高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，輸入電感電流增大到大于
時(shí)，PWM信號(hào)波變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管截止，這樣占空比得到控制從而調(diào)節(jié)輸入電流使之跟隨輸入電壓波形。
為更好地改善輸出穩(wěn)壓性能和動(dòng)態(tài)相應(yīng)速度，還加設(shè)了電壓前饋乘方功能，由圖可知，乘法器C端的值正比于U2，即C∝U2，而B正比于U，即B∝U，所以
的值隨輸入電壓的減小而增大，故輸入功率
常數(shù)。即輸入功率可以保持恒定。
2 分析設(shè)計(jì)
2．1 電感器的選擇
對(duì)于平均電流型控制的UC3854，允許升壓級(jí)在連續(xù)或斷續(xù)工作模式之間移動(dòng)，而其性能不變。電感值根據(jù)低輸入電壓時(shí)半個(gè)正弦波頂部的峰點(diǎn)電流來選擇，或根據(jù)此處輸入電壓和開關(guān)頻率的占空因數(shù)選擇。關(guān)系式如下：
本試驗(yàn)中L=0．45mH。由于鐵粉芯材料具有磁導(dǎo)率小、線性度高、飽和磁密大、工作頻率范圍寬的特點(diǎn)。所以廣泛應(yīng)用于功率因數(shù)校正電感的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中電感的選用性價(jià)比較高的鐵粉芯材料，原邊16匝，副邊4匝。
2．2 輸入電流諧波失真的分析
下面對(duì)輸入電流的畸變?cè)蜃龀鱿鄳?yīng)的理論分析：
電流基準(zhǔn)信號(hào)imo為
其中，iac為乘法器輸入電流，Kd為除法器比例系數(shù)，Uvea為電壓誤差放大器輸出電壓，Kg為平方器比例系數(shù)，Uff為前饋電壓。
通過分析Boost功率因數(shù)校正器控制原理可知，輸入電流的波形主要取決于電流基準(zhǔn)信號(hào)的波形(基波)，因此，分析輸入電流的諧波失真可轉(zhuǎn)化為分析imo的諧波，實(shí)際上，由于Uin是個(gè)含有二次諧波(占基波66％)的“饅頭”波電壓，故Uff和Uvea中的電壓紋波(低頻)均是兩倍電網(wǎng)頻率的二次諧波。
如果假設(shè)Uvea和Uff中的二次諧波含量幅值均為平均的1％，即Uvea和Uff表示為
上式說明：輸出電壓誤差放大器輸出中如含有1％的二次諧波，則在電流基準(zhǔn)信號(hào)中產(chǎn)生0．5％的三次諧波電流，前饋電壓中如含有1％的二次諧波電壓，則在電流基準(zhǔn)信號(hào)中產(chǎn)生1％的三次諧波電流分量。
2．3 電壓控制環(huán)
電壓控制環(huán)由電壓誤差放大器和升壓級(jí)組成，其作用是保證輸出電壓穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2．4 電流控制環(huán)
電流控制環(huán)由電流誤差放大器、PWM比較器和功率級(jí)組成，它通過開關(guān)管的占空比迫使輸入電流跟蹤輸入電壓，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示：
電流控制環(huán)的傳遞函數(shù)為：
其中功率級(jí)傳遞函數(shù)為：
電流誤差放大器的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示：
其傳遞函數(shù)為：
2．5 輕載時(shí)輸出電壓飄升問題的解決
在本試驗(yàn)過程中發(fā)生了這種現(xiàn)象：輕載或者空載時(shí)，變換器的輸出電壓緩慢飄升，發(fā)生這種現(xiàn)象的基本原因在于電流運(yùn)放的輸入電壓失調(diào)上，最簡(jiǎn)單的解決辦法是在電流放大器的3腳、4腳間并聯(lián)一個(gè)大電阻，即加上一點(diǎn)直流反饋，將輸出的正電平送一點(diǎn)到反相輸入端以補(bǔ)償失調(diào)。
但是，這種簡(jiǎn)單方法也有缺點(diǎn)：本來電流運(yùn)放在輕載時(shí)需要正電平補(bǔ)償，重載時(shí)不需要補(bǔ)償，可是直流反饋偏置的結(jié)果卻是負(fù)載越重，電流運(yùn)放輸出越高，因而補(bǔ)償更重。當(dāng)反饋過大時(shí)，將限制電流運(yùn)放的輸出高電平幅度，從而限制了PWM調(diào)制器的最大輸出脈寬，這樣將影響整個(gè)PFC電路的輸入電壓調(diào)節(jié)能力，即當(dāng)輸入交流較低、同時(shí)負(fù)載也較重時(shí)，輸出電壓可能達(dá)不到額定值。較好的解決辦法為增加電流運(yùn)放的附加偏置，如圖6所示，圖中R1為兆歐級(jí)數(shù)值的電阻，R2可根據(jù)情況適當(dāng)加以調(diào)整，通過分壓電路給反相端4腳加一個(gè)固定的偏置，這樣就解決了上述反饋偏置的缺點(diǎn)。
3 試驗(yàn)結(jié)果
設(shè)計(jì)了一臺(tái)試驗(yàn)樣機(jī)，輸入電壓為80V到270V，輸出電壓為400V，最大輸出功率1000W，主電路升壓電感0．45mH。檢流電阻為0．05Ω，輸出電容為470μF。圖7給出了輸入端電壓和電流的波形。圖8給出了電感側(cè)電壓波形。圖9給出了輸出電壓波形。圖10給出了開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形。
4 結(jié)論
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的基于UC3854的功率因數(shù)校正器，其性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，控制電路設(shè)計(jì)明顯簡(jiǎn)化。基于該芯片的卓越控制能力和極低的價(jià)位，為提高中小功率的開關(guān)電源的功率因數(shù)和抑制諧波污染提供了一條可行的技術(shù)途徑。