隨著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,，開關(guān)電源的應(yīng)用越來越普遍，多數(shù)開關(guān)電源通過整流器與電網(wǎng)相連接,。傳統(tǒng)的整流器是采用二極管或晶閘管整流和大電容濾波而組成的一個非線性電路,，使得輸入電流嚴(yán)重畸變而呈現(xiàn)為脈沖狀波形，其中含有大量的諧波分量,，這些諧波注入電網(wǎng),，引起嚴(yán)重的諧波污染。一方面使電源輸入端功率因數(shù)降低,，造成電能浪費,，另一方面造成電路故障，影響負(fù)載的正常工作甚至損壞用電設(shè)備,。因此開關(guān)電源已成為電網(wǎng)的最主要的一個諧波源,，設(shè)計電源時必須考慮抑制諧波和改善功率因數(shù)。

1．設(shè)計方案

    目前廣泛采用的有源功率校正的方法有兩級PFC和單級PFC,。兩級PFC電路是由兩級變換器組成：第一級是PFC變換器,，來提高輸入的功率因數(shù)并抑制輸入電流的高次諧波；第二級為DC／DC變換器,，來調(diào)節(jié)輸出以便與負(fù)載匹配,。由于兩級分別有自己的控制環(huán)節(jié)，所以電路有良好的性能,。它具有功率因數(shù)高,、輸入電流諧波含量低，以及可對DC／DC變換器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計等優(yōu)點,。單級PFC技術(shù)是將有源PFC變換器和DC/DC變換器合二為一,，兩個變換器共用一套開關(guān)管和控制電路，因此單級PFC技術(shù)降低了成本,，提高了效率,，減小了電路的重量和體積。本文討論基于功率因數(shù)校正集成控制器UC3854A/B的IGBT功率開關(guān)電源的設(shè)計,。系統(tǒng)要求輸入電壓為AC220V,，輸出電壓為DC38V，輸出電流為100A,，輸出電壓紋波低,，功率因數(shù)大于0.9,，必要時多臺電源可以直接并聯(lián)使用,，并聯(lián)時的負(fù)載電流不均衡度小于5%,。

下面分析各組成部分的作用和工作原理。

2．APFC環(huán)節(jié)

功率因數(shù)校正部分環(huán)節(jié)采用高性能的集成控制芯片UC3854A/B,，它是在原工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品UC3854的基礎(chǔ)上改進(jìn)的新產(chǎn)品,，其特點：控制升壓PWM接近單位功率因數(shù)1.0；將電網(wǎng)電流失真控制在3%以下,；無需設(shè)置量程開關(guān),；可進(jìn)行精確的功率限制；具有高帶寬的電流放大器,；具有集成式電流和電壓放大器輸出嵌位電路,；具有VREF優(yōu)質(zhì)比較器；乘法器為改進(jìn)型,，其線性度更好,；具備更快的響應(yīng)和改良了精度的使能比較器；有一個欠壓鎖定門限電平或供選擇：離線式為16V/10V,；輔助12V穩(wěn)壓器啟動值為10.5V/10V,；具有低的啟動電源電流。

這一環(huán)節(jié)由UC3854A/B及其外圍元器件構(gòu)成控制部分,，實現(xiàn)對網(wǎng)側(cè)輸入電流和輸出電壓的控制,。功率部分是由L2、C5,、V等元器件構(gòu)成的Boost電路,。PFC電路主要用于大功率DC/DC電路中，所以負(fù)載較輕時不進(jìn)行功率校正,，當(dāng)負(fù)載較大時PFC電路自動投入使用,，此功能由比較器V_2D來實現(xiàn)。R₁₀,、R₁₁為負(fù)載檢測電阻,。當(dāng)負(fù)載較輕時該檢測信號輸入給比較器,，使其輸出端為低電平，VD₂導(dǎo)通,，給使能端10腳ENA施加低電平,，使UC3854A/B封鎖。當(dāng)負(fù)載較大時,，ENA為高電平時才使UC3854A/B工作,。VD₃接到軟啟動端SS（13腳），負(fù)載較輕時VD₃導(dǎo)通,，使SS端為低電平,；當(dāng)負(fù)載增大，要求UC3854A/B工作時,，SS端電位從零緩慢升高,，控制輸出脈沖占空比慢慢增大，實現(xiàn)軟啟動,。

圖2  UC3854A/B控制的APFC電路

3．DC/DC主電路及控制部分分析

3.1 DC/DC主電路

    主電路選用半橋式DC/DC變換器,，如圖2。這樣開關(guān)器件少,，驅(qū)動電路簡單,，U₁、U₂,、C₃,、C₄和主變壓器T₁組成變換電路R₁、C₁和R₂,、C₂為并聯(lián)在IGBT兩端的吸收電路,。R₅、C₆和R₆,、C₇并聯(lián)在快速恢復(fù)二極管作吸收電路,，R₃和R₄起到保證電容C₃和C₃均勻分壓作用。CT為初級電流檢測用的電流互感器,，供電流控制時電流取樣用,。在原邊繞組上串聯(lián)隔置電容C₅，防止電源在運行過程中產(chǎn)生偏磁,。變壓器副邊采用全波整流和兩級LC濾波,，以滿足低輸出紋波的要求。電阻R₇和R₈為輸出電壓反饋采樣電阻,。

圖3  大功率開關(guān)電源主電路

3.2 PWM電路和IGBT的驅(qū)動

    系統(tǒng)的PWM部分采用電流型控制芯片UC3846組成波形產(chǎn)生電路,。R₁、C₁組成UC3846的振蕩器,，振蕩頻率為 ,。為防止兩路開關(guān)管互通,，必須設(shè)定兩路輸出都關(guān)斷的“死區(qū)時間”，它由振蕩鋸齒波的下降沿決定,。UC3846對電流放大器的輸出脈沖電流與最大電流限定值進(jìn)行比較,，當(dāng)脈沖電流超過最大電流限定值時,，UC3846封鎖輸出脈沖,，限制開關(guān)電源的最大輸出電流。C₅為實現(xiàn)軟啟動的電容,。UC3846的1腳電位低于0.5V時無脈沖輸出,，1腳經(jīng)電容C₆到地。開機(jī)后隨著電容的充電,，電容電壓高于0.5V時有脈沖輸出,，并隨著電容電壓的升高脈沖逐漸變寬，完成軟啟動功能,。

圖4  PWM控制的電氣原理圖

    為了降低成本,，復(fù)合功率器件IGBT沒有采用專用的驅(qū)動電路模塊，而是設(shè)計如圖3所示的驅(qū)動電路,，具有開關(guān)頻率高,、驅(qū)動功率大、結(jié)構(gòu)簡單,、可實現(xiàn)負(fù)壓關(guān)斷的特點,。VT₁~VT₄、VD₂~VD₅構(gòu)成脈沖變壓器的驅(qū)動電路,，VD₁和VD₆有利于VT₁~VT₄的關(guān)斷,。當(dāng)PWM₁點為高電平，PWM₂點為低電平時,，VT₁和VT₄導(dǎo)通,；當(dāng)PWM₁和PWM₂點均為低電平時，變壓器漏感中儲存的能量通過VD₃和VD₄進(jìn)行續(xù)流,，使A點電位降至-0.7V,。這時雖然PWM₁點為低電平，但VT₁再次導(dǎo)通,，VT₁由于處于高頻高頻通斷狀態(tài)而易燒毀,。PWM₂由高電平向低電平轉(zhuǎn)換時，VT₂存在同樣情況,。加入VD₆可以在續(xù)流時將A點電位鉗制在0V,，從而有利于VT₁或VT₂的關(guān)斷。同樣VD₁有利于VT₃或VT₄的關(guān)斷,。

4．均流環(huán)節(jié)

    采用均流控制芯片UC3907,，使得電源能夠并聯(lián)運行,，實現(xiàn)各電源模塊之間的均流。該芯片根據(jù)最大電流自動均流法設(shè)計,?；魻栯娏鱾鞲衅鳈z測主電路輸出電流，其輸出經(jīng)分壓與UC3907的2腳相連,，11腳為電壓反饋端,，輸出端分壓得到的電壓與UC3907內(nèi)部的電壓放大器所接的基準(zhǔn)電壓比較后，經(jīng)驅(qū)動放大器作為UC3846的反饋電壓,，15腳接均流母線,。UC3907內(nèi)部的電流放大器將檢測到的電流信號放大20倍后再與均流母線上的信號進(jìn)行比較，若前者大于后者,，則母線上的電壓將由該電源決定,，即“主控”；若前者大于后者,，即“輔控”時,，調(diào)節(jié)器使電壓放大器的基準(zhǔn)電壓升高100mV，強(qiáng)迫系統(tǒng)的反饋電壓減小,，通過UC3846的調(diào)節(jié)時該電源輸出電壓增加,，從而自動平衡電流。為了避免系統(tǒng)在“主控”和“輔控”狀態(tài)之間來回切換,，造成系統(tǒng)并聯(lián)不穩(wěn)定的情況,，在14和16腳之間接一個適當(dāng)電阻R₃,使基準(zhǔn)電壓在升高時小于100mV，即能保證電源模塊并聯(lián)均流,，又使系統(tǒng)穩(wěn)定,。

圖5  均流環(huán)節(jié)電路圖

5．保護(hù)電路

通過控制UC3846使半橋變換器停止工作，實現(xiàn)電路的保護(hù),。UC3846的1腳經(jīng)三極管VT₁接地,。當(dāng)發(fā)生過壓、欠壓（過流,、過載）時,，使U₁(或U₂)導(dǎo)通，VD₁（或VD₂)導(dǎo)通,，則16腳為高電平,，在UC3846關(guān)斷的同時，VT₁導(dǎo)通,，將UC3846內(nèi)部16腳所接的晶閘管短接,，使其承受負(fù)壓關(guān)斷。這樣在過壓或欠壓解除后，UC3846能夠重新輸出脈沖,，使變換器工作,。而在過流、過載情況下,，UC3846封鎖輸出脈沖,，在封鎖解除時脈沖輸出不能恢復(fù)。

圖6  保護(hù)電路

6．結(jié)束語

    本文討論的基于UC3854A/B的AC/DC變換器,，采用AC/DC/AC/DC變換方案,，接近單位功率因數(shù)1.0，均流電路使得電源模塊可直接并聯(lián)運行,，系統(tǒng)還具有輸入過壓,、欠壓保護(hù)及輸出過流保護(hù),，系統(tǒng)安全,、可靠、高效,。

參考文獻(xiàn)：

1．  張國兵,，杜少武，徐寧．基于UC3854A/B的高功率因數(shù)變換器,，測試技術(shù)與自動化,，2003，12．
2．  周志敏,，周紀(jì)海,，紀(jì)愛華．開關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計與應(yīng)用．北京：人民郵電出版社，2004．
3．  王兆安,，楊君,，劉進(jìn)軍，王躍．諧波抑制和無功功率補償．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,，2006．
4．  劉春燕．UC3907在開關(guān)電源并聯(lián)均流系統(tǒng)中的應(yīng)用．移動電源與車輛,，2005，2．