无源功率因数校正电路

一个不含PFC的标准型电源适配器电路的输入电压Um和输入电流Im的波形Im只在Um为正较大和负较大的一小段时间内流通,在这些时间以外,I为零｡这是因为此时的正弦电压输入值小于滤波电容上的电压,导致整流二极管不导通的缘故图5-13标准型电源适配器中的输入电压和电流为了在图5-13中获得一个形似Im的电流,我们引入充电泵的概念,即它的作用就是能够让输入电流从低压端流向高压端｡

图5-14给出了一个简单的充电泵电路｡图中电容C1受直流电压U1充电,电容C2则受直流电压U2充电｡U1小于U2,在U1和U2之间的充电泵电路是由两个二极管VD1和VD2以及电容C3组成,电容C3相对于Cl1和C2都较小,从电压源V3进来的脉冲通过电容C3后加到VD1和VD2的连结点上｡如果脉冲U3的幅度大于差值(U2-U1),那么就有可能让电流I1从较低的U1流向较高的U2｡

在每一周期内通过电容C3上的电荷Q3为Q3=C3×[U3+(U2-U1)]=C3×(U3+U1-U2)方假设U3的脉冲频率为f3,则充电泵的电流I1为:I1=C3×f3×(U3-U2+U1)

  如果电压U1不是DC电压而是一个已整流的脉动电压,并且如果U3=U2,则由上式可知电流1会是一个正弦波｡

  图5-15示出基于TDA16846的反激式标准型开关电源适配器电路｡它含有一个常规的RCD缓  冲电路,用以消除开关管T漏极上的电压过冲｡其实这个RCD缓冲电路完全可以用在图5

  16中示出的一个由电感L､电容C及二极管VD组成的充电泵电路所代替｡这个充电泵电路

  插入在桥式整流器(BR)､初级电容CP的正极和开关晶体管T漏极之间｡现在BR代替了图5-14中的二极管VD1,电感L的放入是为了避免功率管T导通后从Umr产生大幅度电流脉

  冲对电容C的充电｡图5-14中的脉冲电压源U3现在由开关管漏极电压UT代替｡由于充电

  泵电路不仅具有PFC功能而且兼有缓冲器功能,因此图5-15中的RCD缓冲电路不再需要｡VD业饼图5-15RCD缓冲电路图5-16PFC充电泵电路

  这个充电泵可以阻止开关变压器由充磁突变为消磁的过程中,由于Ip的不连续而产生

氐频干扰｡因此当开关管截止､变压器的消磁过程开始时,二极管VD导通,I可通过VD形成一个LC振荡回路,保持了Lp流通瞬时的连续性,这使得所生成的寄生干扰信号在频率和幅值上都大为下降,而且由于没有电阻成分参与,所以原则上不会损失能量｡相比于原有的RCD缓冲器,其电源适配器的转换效率将有所提高｡

图5-17从工作波形上详细地描述了PFC充电泵电路的原理和功能｡假定输入AC电压为230V,在t0时刻开关管T受TDA16846的控制而导通｡漏极电压Ur由约600V跳降到0V｡由于初级电感Lp的存在,初级电流Ip开始线性上升｡Ur的跳变同时通过电容C传送到L和VD之间的连接点上(见图5-16),所以电压U从400V降到约-200V｡由于负的Up电压,流过扼流圈L上的电流I1会逐步上升,并向电容C充电,这使U在[o､t]期间有类似形状的少许爬升｡这时二极管VD是截止的,I4=0A｡

当开关变压器和扼流圈L的充磁阶段在t1时刻完成之后,开关管T受TDA16846的控制转为截止,漏极电流I=0A｡电压Ur及UP将急剧上升直到Up=Ucp(400V)｡此后Ur改为缓慢的爬升,而UP则保持在Uc电平上不变｡

与此同时电流I1(它早先是向电容器充电的)改为经过二极管VD流进电容Cp中｡这使蕴含在L中的能量转移到Cp中｡利用这个原理,就使输入电流从较低的Vm值流向电容CP上较高的U值｡自

从t1开始,由于二极管VD的导通,由LP与C就形成一个回路,初级电流Ip将流过L､C和二极管VD,一直到时刻t2｡而在t2时刻,次级二极管开始导通,变压器开始向次级绕组释放磁能｡在t2~t3的释放磁能阶段,初级电流I很快下降为0A,而扼流圈L的电流I1则逐步下降｡但电压Up仍保持在Ucp值上｡从图5-17可知,开关管的导通时间ta越长,则I峰值越大,而to是随着次级负载的加大以及随着输入电网电压的减少而加大的｡亦即流入PFC充电泵电路的电流也会相应加大｡但这不必担心扼流圈L的磁芯会受饱和｡因为IL的较大值总是受限制于电容C上的充电电流Ic｡图5-17同时画出PFC充电泵电路的下一个周期波形｡此种波形通常会发生在输入AC电压为较大值时刻｡此时U在导通期t3~t;内上但在中途t4处已达到固定值Up｡

所以Ic在时刻t4上变为0A,而漏极电流I会有两个极大值｡这是因为在t3~t4期间,l为lp和一lc之和,而t4以后则I,完全由Ip独自提供｡在此种波形中,L不再周期性地返回到零值｡采用PFC充电泵电路的一大优点就是它的简单性和容易设计｡在试验中可应用示波器检测AC电源适配器的输入电流波形,并调节电容C的值,以得到较佳的输入电流I波形｡