CN202231441U - 一种有源功率因数校正电路 - Google Patents

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徐志望
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Abstract

本实用新型公布了一种有源功率因数校正电路，通过使用MC33262的功率校正控制芯片及对外围电路的参数优化，不但实现了提高电路中的功率因数、降低谐波干扰，而且稳定输出电压、有效抑制电网谐波污染，提高电源效率。

Description

一种有源功率因数校正电路
技术领域
本实用新型涉及电子技术领域，更具体的说，涉及一种功率因数校正电路。 
背景技术
线路功率因数定义为有功功率和视在功率的比值，反映了输入电压和输入电流相位，是电子震流器是一个重要指标。功率因数过低，对供电设备的输出增加了无功功率的比例，减少能源的使用效率，电子镇流器会产生一个大电流循环，热量积聚在电源总线，传输线绝缘层损坏，造成火灾；电流谐波含量高，高频率电子镇流器和电源谐波干扰，影响其正常工作。因此，电子镇流器的电流波形畸变的抑制，实现低谐波失真和高功率因数是高性能，高可靠性电子镇流器发展的关键问题。目前国内市场上绝大多数电源产品存在电路功率因数低、电流谐波含量高的问题，使电网电压发生畸变，降低电能的利用效率，并对临近的电子设备产生严重谐波污染，主要的根源是在电子镇流器的电路结构中，整流电路后的滤波电容使输出电压平滑，但却使输入电流变为尖脉冲，输入电压和输入电流存在较大的相位差，电容越大，电流畸变越严重，功率因数越低。 
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，设计出一种有源功率因数校正电路，不但实现了提高电路中的功率因数、降低谐波干扰，而且稳定输出电压、有效抑制电网谐波污染，提高电源效率。 
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 
一种有源功率因数校正电路，包括控制电路、启动电路、辅助电源、电流检测电路、电压检测电路，其特征在于，所述有源功率因数校正电路拓扑采用升压型电路结构。 
作为可选方案，所述控制电路采用型号为MC33262的功率校正控制芯片，所述启动电路中，电阻R1为2MΩ，电阻R2为6.2kΩ。 
作为可选方案，在80W无极灯电子镇流器中，所述升压型电路结构的升压电感L的电感值为1400μH，所述升压电感L采用EE-25规格软磁铁氧体磁芯、多股导线绕制、原边绕组匝数为104、气隙为0.18mm、副边绕组匝数为8。 
作为可选方案，上述电流检测电路中电阻R4取0.15Ω。 
本实用新型不但实现对高功率因数的校正，提高了电路的功率因数、有效抑制电网谐波干扰、而且稳定输出电压、提高电源效率。 
附图说明
图1为MC33262芯片的工作原理图； 
图2为MC3326芯片2的应用电路图； 
图3为分压后的正弦半波电压图； 
图4为输入130V时电压、电流波形； 
图5为输入260时电压、电流波形； 
图6为功率开关管的工作波形； 
图7为电感电流采样点波形。 
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本实用新型作具体说明。 
美国摩托罗拉公司生产的MC33262专用集成芯片是一种高性能电流峰值控制、临界连续模式的有源功率因数校正(Active Power Factor Correction，APFC)控制器，其原理框图如图1所示，整体电路采用电压、电流双环反馈控制。电压反馈环的作用是通过分压电阻R8检测出APFC直流输出电压，作为误差放大器的输入端，与另一端2.5V基准信号进行比较，得到输出信号UΔ，输入到模拟乘法器。另外，市电输入经滤波器、整流器输出的半波正弦信号经R1、R2分压为Ud，电压Ud输入到模拟乘法器的另一端，与UΔ相乘，产生一个和输入电压同频同相的半波正弦信号，作为电流检测的基准信号。电流反馈环的作用是将电感电流采样值IL与电流检测基准信号作比较，保证电感电流峰值跟随输入电压按正弦规律变化，使功率因数接近1。 
实例一：本实用新型设计的80W无极灯电子镇流器采用升压型拓扑结构，电路主要由MC33262芯片、启动电路、辅助电源、电流检测电路、电压检测电路等构成，如图2所示，相关的计算如下： 
(1)设在一个开关周期内，导通时间为ton，关断时间为toff，电感L的电流峰值为： 
I Lp = V m sin ωt L t on
t on = LI Lp V m sin ωt
t off = LI Lp V o - V m sin ωt
可以算出一个开关周期内的实时切换频率为： 
f ( t ) = 1 t on + t off = V o V m sin ωt - ( V m sin ωt ) 2 L I Lp - - - ( a )
因电感电流临界连续，故一个开关周期内的平均电流为峰值电流的一半[31]，可得： 
I Lp = 2 2 P i V m - - - ( b )
当sinωt＝1时，将式(b)代入式(a)得： 
L = V m 2 ( V o - 2 V m ) 2 f P i V o - - - ( c )
本电路设计中假设最小开关频率为f＝40kHz，输入电压范围130～265V(50Hz)，输出电压V0＝400V，功率Pi＝80W。将上述的各项指标代入式(c)计算得：电感值L＝1400μH，经过实验发现采用EE-25规格软磁铁氧体磁芯，多股导线绕制，原边绕组匝数为104，气隙为0.18mm；副边绕组匝数为8效果最好。 
(2)由现有技术可知，在断续导电模式工作波形中，交流输入电压经全波整流、R1和R2分压采样后作为乘法器的输入信号，且该引脚的输入电压最大值被限制在3.2V，则： 
R 2 R 1 + R 2 ≤ 3.2 260 2 = 1 120
同时，为了降低损耗，流过R2的电流应为数百μA或更小，计算得R1＝2MΩ，R2＝6.2kΩ。(3)开关管的源极串联电阻R4用作检测电感电流。在正常工作情况下，峰值电感电流与引脚4的阈值电压Vr的关系为： 
L Lp = V r R 4
在异常工作状态下，如前置变换器启动过程中输入电压异常偏高或输出电压检测电路发生故障时，乘法器的输出信号以及电流检测比较器的阈值电压Vr将被钳位于1.5V，计算得R4＝0.24Ω，实际应用电路中取R4＝0.15Ω。 
实验结果： 
根据前面介绍的MC33262硬件电路的设计及相关外围电路的设计，制作80W电子镇流器的功率因数校正电路，结果如下所示。 
MC33262芯片的第三引脚为内部乘法器的输入端，由市电经全波整流、并由R1、R2分压得到，正常工作时该引脚的波形为100Hz的正弦半波，如图3所示，电压峰值为500mv，输入端工作正常，符合预期设计。 
根据现有技术可知，当有源功率因数校正电路正常工作时，电感电流的峰值包括为周期100Hz的正弦半波。当输入电压为130V、260V时，电感电流的波形如图4和图5所示，电感电流峰值的包络线近似为正弦半波，周期为100Hz，峰值与输入电压的大小有关。说明MC33262的APFC电路可在输入为130V～260V的工作电压范围内工作于电流峰值控制、零电流临界导通模式，且性能稳定。 
为工作过程中功率开关管栅、源极间的电压信号，导通时栅极电压幅值为17V，工作频率为50kHz，如图6所示，符合预期的设计。 
MC33262芯片的引脚4为电感电流采样点，采集电感电流并与内部基准信号进行比较，实现电感电流峰值控制、零点导通。工作过程中，该引脚采集的信号波形如图7所示，由图可以看出采集波形稳定，幅值约为100mv，电路工作稳定，采集频率为50KHz，符合预期设计。 
本实用新型使用杭州伏达测试技术研究所生产的UI2001智能电参数测试仪对电路进行测试，在电路的输出端接入1.5KΩ大功率电阻，电路输入端输入147V的交流电压，电路可正常工作，输入电流为0.548A，功率为80.8W，功率因数为0.990；当输入电压为220V(50Hz)时，利用UI2001智能电参数测试仪对电路的谐波含量进行测试，结果表明，总电流谐波小于10％，功率因数达0.994，符合实验预期效果。 
综上所述，本文根据MC33262APFC专用芯片的工作原理，设计一款宽电压输入，固定升压输出的80W AC/DC变换器，实验结果表明，该电路能在130～260V的电压范围内稳定输出400V直流电压，功率因数为0.986～0.994，实现了高功率因数的校正，有效抑制电网谐波扰。 
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。 

Claims (4)

1.一种有源功率因数校正电路，包括控制电路、启动电路、辅助电源、电流检测电路、电压检测电路，其特征在于，所述有源功率因数校正电路拓扑采用升压型电路结构。
2.根据权利要求1所述的一种有源功率因数校正电路，其特征在于，
所述控制电路采用型号为MC33262的功率校正控制芯片；
所述启动电路中，电阻R1为2MΩ，电阻R2为6.2kΩ。
3.根据权利要求1所述的一种有源功率因数校正电路，其特征在于，在80W无极灯电子镇流器中，所述升压型电路结构的升压电感L的电感值为1400μH，所述升压电感L采用EE-25规格软磁铁氧体磁芯、多股导线绕制、原边绕组匝数为104、气隙为0.18mm、副边绕组匝数为8。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种有源功率因数校正电路，其特征在于，所述电流检测电路中电阻R4取0.15Ω。 
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