電源：一種高功率因數(shù)反激AC/DC變換器

圖7　TDA16846啟動電路

模態(tài)5

在

時刻，

下降到零，

自然關(guān)斷，變壓器原邊繞組電壓為零，電容

的電壓

加到二極管

上，使二極管承受反壓關(guān)斷。等效電路如圖6(e)所示，輸入電感電流

通過變壓器原變電感給電容

充電。該模態(tài)結(jié)束在

時刻，接下來下一個模態(tài)開始。

三.驅(qū)動電路

本文在設(shè)計時采用德國西門子公司的TDA16846芯片來驅(qū)動開關(guān)管。該芯片復(fù)合了PWM和PFC的功能，支持電荷泵電路，具有高效、簡易、可靠的特性[4]。該芯片有自由振蕩和固定頻率兩種方式，本文采用固定頻率方式來控制開關(guān)管。該芯片具有以下特點：

1. 無需專門的啟動電路

TDA16846不需要單獨的啟動電路，而是通過芯片內(nèi)部與2腳相連的二極管來啟動的。其內(nèi)部局部結(jié)構(gòu)如圖7所示(在電路中采用變壓器輔助繞組給TDA16846供電)。下面分析該芯片的啟動過程。當(dāng)接通電源時，由于開關(guān)不動作，變壓器的輔助繞組不能給芯片提供能量，芯片不能工作。而母線電壓

通過

、芯片2腳及其內(nèi)部二極管

給電容

充電。當(dāng)電容

上的電壓達到芯片的啟動電壓時，芯片啟動，電路開始工作。芯片再由變壓器的輔助繞組通過

來供電。從上面的分析可以看出TDA16846不需要附加復(fù)雜啟動電路就可以啟動，結(jié)構(gòu)簡單。

2. 原邊電流模擬和電流限制功能

TDA16846可以通過2腳外接的電阻和電容來檢測并限制開關(guān)管的電流。由于開關(guān)管導(dǎo)通時母線電壓通過

給

充電，開關(guān)管關(guān)斷時芯片2腳電壓

被限制在1.5V，所以

充電時間和開關(guān)導(dǎo)通的時間基本一致，可以設(shè)電容

充電時間為

。電容

的充電電流可以近似表示為：

(

相對于

可以忽略)。則充電后的

為：

(1)

電感

也可以認為在開關(guān)導(dǎo)通期間，電流值為：

(2)

由式(1)和式(2)可以得到：

(3)

式(3)可以計算出開關(guān)管中可以流過的最大電流?？刂齐妷?0的最大值是芯片內(nèi)部基準參考電壓5V，當(dāng)

超過了5，則驅(qū)動電路關(guān)斷，進行電流限制。

四，仿真和試驗結(jié)果

為了驗證上述理論的可行性，仿照圖4的電路制作了一臺電荷泵高功率因數(shù)AC/DC變換器(由于電路復(fù)雜，一些輔助電路和控制電路未畫出)。其主要參數(shù)如下：

圖8是用Simetrix軟件對電路仿真的輸入電流和電壓波形，可以看出輸入電流波形已經(jīng)不再是尖峰脈沖波，而是良好的正弦波。

采用基于HP I/O庫建立的虛擬儀器測試平臺測量了電路的功率因數(shù)及諧波，圖9是輸入電壓和電流的波形，圖10是輸入電流的諧波頻譜圖?？梢詼y得該電路的功率因數(shù)為0.972，總諧波畸變率為24.29%;電路的輸出電壓

，滿足開關(guān)電源的要求。

圖8 輸入電壓、電流的仿真波形

圖9 輸入電壓、電流的實驗波形

圖10　輸入電流的諧波頻譜圖

五.結(jié)論

通過上述的理論分析和實驗研究表明，由高頻電荷泵和反激變換器結(jié)合的AC/DC變換器電路，結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良，成本低，并且能夠達到接近于1的功率因數(shù)和符合國際標(biāo)準IEC1000-3-2的諧波含量，在中小功率的電力電子設(shè)備中有很廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] 嚴百平, 劉　建. 不連續(xù)導(dǎo)電模式高功率因數(shù)開關(guān)電源[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2000.

[2] Qian Jinrong and Lee Fred C. Charge pump power-factor-correction technologies[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2000,15(1):121-128.

[3]張衛(wèi)平等. 綠色電源-現(xiàn)代電能變換技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2001.

[4]劉勝利.　現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實用技術(shù)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2001.9