無源功率因數校正電路

一個不含PFC的標準型電源適配器電路的輸入電壓Um和輸入電流Im的波形Im只在Um為正最大和負最大的一小段時間內流通,在這些時間以外,I為零?這是因為此時的正弦電壓輸入值小于濾波電容上的電壓,導致整流二極管不導通的緣故圖5-13標準型電源適配器中的輸入電壓和電流為了在圖5-13中獲得一個形似Im的電流,我們引入充電泵的概念,即它的作用就是能夠讓輸入電流從低壓端流向高壓端?

圖5-14給出了一個簡單的充電泵電路?圖中電容C1受直流電壓U1充電,電容C2則受直流電壓U2充電?U1小于U2,在U1和U2之間的充電泵電路是由兩個二極管VD1和VD2以及電容C3組成,電容C3相對于Cl1和C2都較小,從電壓源V3進來的脈沖通過電容C3后加到VD1和VD2的連結點上?如果脈沖U3的幅度大于差值(U2-U1),那么就有可能讓電流I1從較低的U1流向較高的U2?

在每一周期內通過電容C3上的電荷Q3為Q3=C3×[U3+(U2-U1)]=C3×(U3+U1-U2)方假設U3的脈沖頻率為f3,則充電泵的電流I1為:I1=C3×f3×(U3-U2+U1)

  如果電壓U1不是DC電壓而是一個已整流的脈動電壓,并且如果U3=U2,則由上式可知電流1會是一個正弦波?

  圖5-15示出基于TDA16846的反激式標準型開關電源適配器電路?它含有一個常規的RCD緩  沖電路,用以消除開關管T漏極上的電壓過沖?其實這個RCD緩沖電路完全可以用在圖5

  16中示出的一個由電感L?電容C及二極管VD組成的充電泵電路所代替?這個充電泵電路

  插入在橋式整流器(BR)?初級電容CP的正極和開關晶體管T漏極之間?現在BR代替了圖5-14中的二極管VD1,電感L的放入是為了避免功率管T導通后從Umr產生大幅度電流脈

  沖對電容C的充電?圖5-14中的脈沖電壓源U3現在由開關管漏極電壓UT代替?由于充電

  泵電路不僅具有PFC功能而且兼有緩沖器功能,因此圖5-15中的RCD緩沖電路不再需要?VD業餅圖5-15RCD緩沖電路圖5-16PFC充電泵電路

  這個充電泵可以阻止開關變壓器由充磁突變為消磁的過程中,由于Ip的不連續而產生

氐頻干擾?因此當開關管截止?變壓器的消磁過程開始時,二極管VD導通,I可通過VD形成一個LC振蕩回路,保持了Lp流通瞬時的連續性,這使得所生成的寄生干擾信號在頻率和幅值上都大為下降,而且由于沒有電阻成分參與,所以原則上不會損失能量?相比于原有的RCD緩沖器,其電源適配器的轉換效率將有所提高?

圖5-17從工作波形上詳細地描述了PFC充電泵電路的原理和功能?假定輸入AC電壓為230V,在t0時刻開關管T受TDA16846的控制而導通?漏極電壓Ur由約600V跳降到0V?由于初級電感Lp的存在,初級電流Ip開始線性上升?Ur的跳變同時通過電容C傳送到L和VD之間的連接點上(見圖5-16),所以電壓U從400V降到約-200V?由于負的Up電壓,流過扼流圈L上的電流I1會逐步上升,并向電容C充電,這使U在[o?t]期間有類似形狀的少許爬升?這時二極管VD是截止的,I4=0A?

當開關變壓器和扼流圈L的充磁階段在t1時刻完成之后,開關管T受TDA16846的控制轉為截止,漏極電流I=0A?電壓Ur及UP將急劇上升直到Up=Ucp(400V)?此后Ur改為緩慢的爬升,而UP則保持在Uc電平上不變?

與此同時電流I1(它早先是向電容器充電的)改為經過二極管VD流進電容Cp中?這使蘊含在L中的能量轉移到Cp中?利用這個原理,就使輸入電流從較低的Vm值流向電容CP上較高的U值?自

從t1開始,由于二極管VD的導通,由LP與C就形成一個回路,初級電流Ip將流過L?C和二極管VD,一直到時刻t2?而在t2時刻,次級二極管開始導通,變壓器開始向次級繞組釋放磁能?在t2~t3的釋放磁能階段,初級電流I很快下降為0A,而扼流圈L的電流I1則逐步下降?但電壓Up仍保持在Ucp值上?從圖5-17可知,開關管的導通時間ta越長,則I峰值越大,而to是隨著次級負載的加大以及隨著輸入電網電壓的減少而加大的?亦即流入PFC充電泵電路的電流也會相應加大?但這不必擔心扼流圈L的磁芯會受飽和?因為IL的最大值總是受限制于電容C上的充電電流Ic?圖5-17同時畫出PFC充電泵電路的下一個周期波形?此種波形通常會發生在輸入AC電壓為最大值時刻?此時U在導通期t3~t;內上但在中途t4處已達到固定值Up?

所以Ic在時刻t4上變為0A,而漏極電流I會有兩個極大值?這是因為在t3~t4期間,l為lp和一lc之和,而t4以后則I,完全由Ip獨自提供?在此種波形中,L不再周期性地返回到零值?采用PFC充電泵電路的一大優點就是它的簡單性和容易設計?在試驗中可應用示波器檢測AC電源適配器的輸入電流波形,并調節電容C的值,以得到最佳的輸入電流I波形?