1前言

提高功率因數(shù)(pF)是用電設(shè)備節(jié)能的一個(gè)重要因數(shù)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高頻有源功率因數(shù)校正(pFC)技術(shù)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種電源。大屏幕彩電開(kāi)關(guān)電源的功率在200~300W之間，原有彩電的開(kāi)關(guān)電源均采用普通整流加濾波電路，其諧波電流成分大，功率因數(shù)值λ低，一般為0.65~0.85。為了提高大屏幕彩電的節(jié)電性能，在設(shè)計(jì)中我們采用了高頻有源pFC技術(shù)，提高了pF特性。

2pF問(wèn)題及其校正的基本原理

2.1pF的概念

用電設(shè)備的λ指交流輸入有功功率p和輸入視在功率S的比值，即：

可見(jiàn)，λ還可含義為失真因數(shù)與移相因數(shù)的乘積。對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，cosφ一般接近于1,即相移不大，而諧波電流嚴(yán)重，失真因數(shù)小。

2.2pF低的危害性

用電設(shè)備的pF低，易造成以下危害：①諧波電流嚴(yán)重污染電網(wǎng)，而干擾其它用電設(shè)備;②輸入電流有效值大，需新增電路和保護(hù)器件的規(guī)格;③供電容量新增，加大了前級(jí)設(shè)備(如變壓器等)的定額;④大大新增了中線負(fù)荷，降低了安全性能。

2.3高頻有源pFC的基本原理

高頻有源pFC是根據(jù)電網(wǎng)的電壓、電流及負(fù)載的變化出現(xiàn)pWM信號(hào)，控制高頻電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的，可起調(diào)節(jié)電感L的用途。改善電流波形，利用乘法器控制pWM信號(hào)，可使電網(wǎng)的輸入電流基本為正弦波，使λ接近于1(即大于0.99)。圖1示出pFC的原理框圖。

圖1高頻有源pFC電路框圖

3大屏幕彩電開(kāi)關(guān)電源的pF分析

現(xiàn)有的大屏幕彩電內(nèi)用開(kāi)關(guān)電源一般采用全橋不可控整流電路直接加電解電容濾波電路。圖2示出該電路形式。

R2用以限制合閘電流，當(dāng)輸入濾波電解電容充滿電后，K閉合，R2斷接，電路的交流輸入電壓、電流波形見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，只有當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓幅值高于電解電容電壓時(shí)，電流才從電網(wǎng)中抽出，因而電流諧波成分很大。計(jì)算出這種波形的λ很低，一般在0.65~0.85之間。

大屏幕彩電開(kāi)關(guān)電源的輸入功率在300W左右，其中1/3~1/5是無(wú)功功率，若采用有源pFC技術(shù)可使其λ≥0.99,即λ≈1,這樣可節(jié)電60~100W,是相當(dāng)可觀的。

圖2大屏幕彩電開(kāi)關(guān)電源原理框圖

圖中V1——單相整流橋

C1——吸收電容

R1——保護(hù)壓敏電阻

R2——熱敏電阻

K——固態(tài)繼電器觸點(diǎn)

圖3現(xiàn)有大屏幕彩電開(kāi)關(guān)電源交流輸入電壓電流波形

圖中uiac——電網(wǎng)電壓波形

uidc——經(jīng)V1整流出的波形

uci——輸入濾波電解電容的電壓波形

ii——輸入電流波形

4大屏幕彩電開(kāi)關(guān)電源的高頻有源pFC

4.1設(shè)計(jì)方法

我們采用升壓式電路來(lái)設(shè)計(jì)大屏幕彩電開(kāi)關(guān)電源的有源pFC電路，其控制電路采用平均電流控制方式，芯片采用UC3854，具體電路見(jiàn)圖4。它的工作原理是：根據(jù)輸出電壓、輸出電流和負(fù)載電流，由UC3854出現(xiàn)控制脈沖，控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，持續(xù)監(jiān)控和調(diào)節(jié)L中的電流，使之跟隨整流后的單向輸入正弦電壓，并與其成正比;此外，為實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出直流電壓的調(diào)整，利用乘法器并通過(guò)輸入交流電壓和輸出直流來(lái)調(diào)控正弦基準(zhǔn)電流，以完成正確的SpWM,這也是實(shí)現(xiàn)pFC的關(guān)鍵。

我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)管的工作頻率為50kHz,Rt=11.2kΩ,Ct=2.2nF,輸入電壓Ui范圍為220V+20%-30%,直流電壓Ud=√2Ui,DC/DC的輸出功率為250W,輸入功率為275W,效率η=91%,根據(jù)文獻(xiàn)[3]給出的計(jì)算公式，計(jì)算校正電感：

圖4UC3854構(gòu)成pFC電路的大屏幕彩電開(kāi)關(guān)電源原理圖

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

我們規(guī)定，網(wǎng)側(cè)交流電壓為ui,有效值為Ui;交流電流為ii,有效值為Ii;濾波電解電容上的直流電壓平均值為Ud;DC/DC輸入電流的平均值為Id。在輸入線上串一小電阻，用示波器測(cè)得其電流波形見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，ui為正弦，ii為基本正弦，在50Hz波形上有50kHz的小紋波。ii與ui的相位差為100us左右，所以φ=1.8°，cosφ≈0.9995。

用單相調(diào)壓器調(diào)ui,再用表測(cè)得當(dāng)Ui=220V時(shí)，Ii=1.25A,Ud=310V,Id=0.85A,UdId/UiIi≈0.958.

因?yàn)殡娍蛊骱烷_(kāi)關(guān)管也有功耗，所以總的λ>0.958,假如校正電路的效率η=0.97,則λ≈0.988。

圖5實(shí)測(cè)波形

5結(jié)束語(yǔ)

大屏幕彩電開(kāi)關(guān)電源采用全波整流直流電解電容濾波時(shí)的λ在0.65~0.85之間，比較低，而采用pFC后，可使λ提高到0.98以上，每臺(tái)彩電可節(jié)電60~100W。采用pFC專用芯片，可方便地實(shí)現(xiàn)校正電路，且效果良好，可靠性也高。