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武汉艾德杰电源技术有限公司
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基于功率因数校正的离线式开关电源设计

发布时间： 2016-07-11 13:52:32 关注量：1225

　离线式开关电源通常应用整流桥和输入滤波电容从输入吸收能量，大电容在接近交流输入峰值处充电以给为逆变提供能量的未经调整的BUS提供能量。电容的容量必须足够大，当整流后半期内线电压低于BUS电压时，仅由它向后续提供能量。
不幸的是，有输入滤波电容会导致输入电流波形不在是正弦，而是一很窄的峰值很高的电流波形，输入功率仅有0.5"0.65，严重的畸变导致电网污染。线电流有效值可达两倍相同正弦电流有效值。120V，15A的线路甚至不能在不导致电路断路器动作时提供1Kwde输入功率。而高功率因数校正却能够提供几乎是其两倍的功率，并且损耗很低，因此在许多领域内，高功率因数校正器成为一需求。
本文所述的高PFC放置于输入整流和BUS电容之间，工作频率远大于线电压频率，校正器吸收正弦半波输入电流，相位与线电压相位相同通过BUS直流电压与参考电压的比较控制电流。
结果是：
1、改善功率因数到0.95"0.99。
2、较少谐波(如果需要可〈3%〉。
3、无间断运行于90"270V线电压范围。
4、严格控制BUS电容，使其电压波动范围很小，高效设计。
5、减小滤波电容，降低了成本。
6、减小充电电流有效值，提高电容可靠性。
基本运行原理：
本文假定PFC工作频率为fs=100khz，电网频率为60hz，校正器吸收随正弦半波电压成正比变化的电流以获得功率因数接近1的输入。因此在整流桥输入端电流与电压同相位。当然，这只是用纯电阻负载。拥有这种功能的校正电路叫做“电阻竞争者”。
输入电流控制通过乘法器，让表征整流输入线电压波形的正弦半波与控制电压相乘，得到VERR，VERR在每个半波内必须恒定，因此可以控制VERR来控制RMS输入电流，以控制每半个周期从电网吸收的能量。VERR代表VDC与参考电压的偏差，经放大转变成误差放大器的输出。当VDC低时，VERR变大，增大输入功率以弥补滤波电容上能量的损失。
功率变换：尽管校正器输入电流波形时正弦波，但它的输出电流ichg是个正弦的平方的函数,通过思考校正器的输入/输出功率而非输入/输出电压可以得到各个运行参数。假定为高输入功率因数校正，其频率远大于工频，在校正器上储存和消耗的能量忽略不计(电感储存的能量在每个开关周期上通常大于其传递的能量，但是在每工频半周期内可以忽略)。因此输入与输出功率相等。
BOOST电路：
最常用的HPFC电路，输出必须总大于输入暂态值。输入电流不需要关断，由于电感的存在很小，减小了线路污染和EMI，另外线路的SPIKE被电感吸收，增加了系统可靠性。电流连续模式下，输入电感使电流控制模式得以很好应用以控制输入电流正弦(电流控制实际市控制电感电流)
晶体的位置使得其容易驱动，因为S和E极参考控制电路和电容的共同端。晶体最大电压为电容电压。
其最大的缺点是不能限流，因为其在输入和输出间没有串联开关。不能控制过载和启动过电流，只有通过后续逆变部分提供保护。
还有，当输入电压比输出电压高的时候，其不起作用，这种情况发生在每次供电设备开机和线电压足够长时间的紊乱的时候。软启动没有作用，因为在这种情况下BOOST电路不运行。晶体一直关断，但是输入电流将上升，其峰值将大于几倍额定电流值，导致电感饱和，除非另加限流电路。
必须加入斜坡补偿，以防止在D大于0.5(VIN〈VDC/2〉时系统不稳定。因为电感电流随输入电压变化，所以斜坡补偿很难控制，这个问题可以通过降低电流内环带宽避免，以致电感电流平均值被直接控制，而不是截取峰值电流。因为开关频率远大于电网频率，所以有很大的空间去控制电流环的带宽。
不连续的电感电流模式不能用在HPFC电路中，因为在峰值输入电压处电感电流下降很窄，因此纹波电流很小。但是在HPFC在输入电压峰值处，线电流也在其峰值处。拥有高峰值电流低纹波，电感电流必须连续。
BUCK电路
由于BUCK电路要求输入总大于输出，所以其不用在HPFC中。在输入电流为正弦半波时候，当其变化的电压数值小于BUS电压时，其停止工作。虽然如此，但是BUCK拓扑在做限流时非常有用(母线有开关管)，其可以作为BOOST的一个补充。

客户感言

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北京合康亿盛变频科技股份有限公司

经人介绍认识了艾德杰，试着从他们那里买了一套产品，性能稳定，故障几乎没有，即便有点小问题，他们也会过来处理，后来就一直和他们进行友好合作。
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武汉中元华电科技股份有限公司

在我们决定与艾德杰电源合作后，他们派出技术骨干和我们的技术部门沟通，充分了解了我司的使用需求后立即准备方案，待我们确认方案后，艾德杰的工作人员马上将此提上日程，在距预约交货期还有5天的时候，就已将我司定制的电源送上门，安装调试，产品使用至今，一切良好，非常感谢艾德杰的鼎力支持，不辞劳苦的帮我们设计开发新产品，技术可靠，服务周到。
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中国中船重工集团707所

我们公司的工程师只擅长一部分工作，另一部分与电源有关的工作不是很擅长，公司有个新项目需要他人来合伙开发，生产，一时半会儿找不到合作伙伴。网上找到了艾德杰，经过实地考察，我们决定和艾德杰试着合作一次，整个合作过程，我们多次沟通，商量，他们的工程师技术好，经验丰富，我们和他们一起探讨，彼此的知识面都扩大了，合作过程中设计到多次修改，他们的工程师半句怨言都没有，合作的过程非常满意，产品准时交给我们使用，...
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北京铁道机车研究所

一次偶然的机会艾德杰的销售人员联系到我们，我们抱着试试看的心情从他那里订购了一台电源，性能很好，从那之后我们就建立了长期的合作关系，偶尔有一点点的小故障，他们的工作人员都会很快的过来帮忙处理。服务热情周到，他们才是我们的好兄弟，好帮手。
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李明仕

湖北武汉人 1970年7月出生硕士学历。从事电源设计研发工作30年，先后担任多家电源公司的技术总监技术成果 1． 1996年获武汉市科学技术研究成果证书武科成证字(96)第014号登记号WK9601003 成果名称:DTK系列开关型直流稳压电源 2． 1996年武汉高创电子有限公司的电源项目获得电源行业的第一个国家火炬计划 3． 2000年武汉玉星电子有限责任公司<<电压过零检控软开关电源>>项目获科技部中小型企业创新基金无偿资助,项目代号20004214054563 4.　电源方面各项专利近20项，其中发明专利2项。 5. 国内电源期刊上发表多篇论文。

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沈锦飞

1955年出生，现任江南大学物联网学院教授、硕士生导师。主要从事电力电子电路、装置与电能质量控制的研究和教学工作，发表学术论文30多篇，其中EI检索5篇，获得教育部科技进步奖、江苏省教学成果奖、无锡市科技进步奖，多项发明专利，主编本科教材；被评为无锡市优秀教师、市级先进个人。是中国自动化学会会员、江苏省电工协会自动控制系统专委会委员、无锡市自动化学会理事、无锡市电机工程学会理事。

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颜文旭

1971 年出生，现任江南大学物联网工程学院教授，硕士生导师。现主要从事电力电子技术及智能控制、机电一体化及过程控制等领域的研究和开发工作，发表学术论文30篇（其中EI收录6篇），获专利12项，参加编制十二五国家级规划教材，国家自然科学基金项目，省青年科学基金项目，市级重点实验室建设，主持方块地毯自动包装生产线开发、2.0MW风力发电变流器、10kV高压固态软起动器、船舶压载水物理强化处理核心技术...

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