1前言

提高功率因數(shù)(pF)是用電設備節(jié)能的一個重要因數(shù)。隨著電力電子技術的發(fā)展，高頻有源功率因數(shù)校正(pFC)技術已越來越廣泛地應用于各種電源。大屏幕彩電開關電源的功率在200~300W之間，原有彩電的開關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，在設計中我們采用了高頻有源pFC技術，提高了pF特性。

2pF問題及其校正的基本原理

2.1pF的概念

用電設備的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，λ還可含義為失真因數(shù)與移相因數(shù)的乘積。對開關電源來說，cosφ一般接近于1,即相移不大，而諧波電流嚴重，失真因數(shù)小。

2.2pF低的危害性

用電設備的pF低，易造成以下危害：①諧波電流嚴重污染電網，而干擾其它用電設備;②輸入電流有效值大，需新增電路和保護器件的規(guī)格;③供電容量新增，加大了前級設備(如變壓器等)的定額;④大大新增了中線負荷，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)電網的電壓、電流及負載的變化出現(xiàn)pWM信號，控制高頻電子開關導通的，可起調節(jié)電感L的用途。改善電流波形，利用乘法器控制pWM信號，可使電網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大屏幕彩電開關電源的pF分析

現(xiàn)有的大屏幕彩電內用開關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、電流波形見圖3。由圖3可見，只有當網側電壓幅值高于電解電容電壓時，電流才從電網中抽出，因而電流諧波成分很大。計算出這種波形的λ很低，一般在0.65~0.85之間。

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

圖2大屏幕彩電開關電源原理框圖

圖中V1——單相整流橋

C1——吸收電容

R1——保護壓敏電阻

R2——熱敏電阻

K——固態(tài)繼電器觸點

圖3現(xiàn)有大屏幕彩電開關電源交流輸入電壓電流波形

圖中uiac——電網電壓波形

uidc——經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大屏幕彩電開關電源的高頻有源pFC

4.1設計方法

我們采用升壓式電路來設計大屏幕彩電開關電源的有源pFC電路，其控制電路采用平均電流控制方式，芯片采用UC3854，具體電路見圖4。它的工作原理是：根據(jù)輸出電壓、輸出電流和負載電流，由UC3854出現(xiàn)控制脈沖，控制開關管導通，持續(xù)監(jiān)控和調節(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，為實現(xiàn)對輸出直流電壓的調整，利用乘法器并通過輸入交流電壓和輸出直流來調控正弦基準電流，以完成正確的SpWM,這也是實現(xiàn)pFC的關鍵。

我們設計開關管的工作頻率為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[3]給出的計算公式，計算校正電感：

圖4UC3854構成pFC電路的大屏幕彩電開關電源原理圖

4.2實驗結果

我們規(guī)定，網側交流電壓為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，用示波器測得其電流波形見圖5。由圖5可見，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。

用單相調壓器調ui,再用表測得當Ui=220V時，Ii=1.25A,Ud=310V,Id=0.85A,UdId/UiIi≈0.958.

因為電抗器和開關管也有功耗，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實測波形

5結束語

大屏幕彩電開關電源采用全波整流直流電解電容濾波時的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，每臺彩電可節(jié)電60~100W。采用pFC專用芯片，可方便地實現(xiàn)校正電路，且效果良好，可靠性也高。