[发明专利]小功率APFC电路

说明书

本发明提出一种小功率APFC电路，包括：Boost主电路和控制电路，其中，控制电路包含控制芯片，用于根据预设的电流控制模式，通过采集Boost主电路中的输出电压、整流后主回路电流以及电压，并在控制芯片的内部对采集到的数据进行运算和补偿，得到最终的调制信号，以便根据最终的调制信号驱动功率级MOS管使Boost主电路的输入电流无畸变无相差跟随输入电压。本发明能够有效地减少谐波危害，保证电网安全稳定的运行。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种小功率APFC电路。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，各种电气设备中开始大量应用电力电子器件，从而使得谐波电流越来越严重。这些因素不仅使得谐波电流污染了商业环境，而且还严重污染了军工企业和家庭环境。大量谐波造成的严重后果是输入端的功率因数急剧下降，进而导致电网的供电质量降低。提高功率因数是节约能源，提高电能质量，保证电力系统安全稳定运行的要求。因此在用电设备中采用功率因数校正技术来提高功率因数具有非常重要的意义。

功率因数校正技术主要分为两类：一类是无源功率因数校正，另一类是有源功率因数校正技术。

20世纪70年代，人们利用电感、电容和简单电力二级管设计出了无源功率因数校正电路，其中最简单的无源功率因数校正电路是由一个电感和几个电力二极管组成的整流桥构成，如图1所示。

进入20世纪70年代后期有源功率因数校正技术出现了，其中最简单的有源功率校正电路是由晶闸管(Thyristor)、电感和电容构成的。伴随着门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶体管(BJT)等全控器件的出现，在80年代时，现代APFC技术出现了。在结构上，它是建立在整流器和负载之间的DC-DC控制环节。在控制策略上它采用前馈和后反馈技术，以输入电压或输入电流作为参考量，通过闭环控制实现输入正弦电流无相差无畸变跟踪同频率输入正弦电压。在这个阶段，研究重点主要集中在DC-DC电路的工作模式上。DC/DC变换器在高频下工作，这使得它的体积和重量能够被降低很多；由于功率因数可以达到0.99以上，故可以使电网的供电效率显著提高。在80年代时，有相当多的一部分学者开始着力研究连续电流(CCM)下的BOOST拓扑结构，并且不断把它应用到有源功率因数校正电路中。80年代后期，出现了断续电流模式(Discontinuous Current Mode,DCM)的理念，与CCM相比，它的优点是仅仅需要检测输出电压；同时由于电感中的电流断续，避免了Boost电路中升压二极管反向恢复的问题；此外电感的磁滞损耗小，不会产生电感发热严重的现象。

90年代末是有源功率因数校正技术发展的分水岭。各国都开始投入大量人力和物力研发新的有源功率因数校正技术。特别是PESC设立了功率因数校正专题，这被看作是有源功率因数校正发展的新标志。

从此，功率因数校正原理新的拓扑结构和控制方法接连出现。近年来，有源功率因数校正技术的研究得到了快速的发展。首先，在有源功率因数校正技术的研究中，其拓扑结构发展较快。现在拓扑结构Cuk、Sepic、Zeta、Boost、Buck、Buck-Boost、正激电路、反激电路等常被用在开关电源中。从理论上讲这些电路拓扑都可以作为功率因数校正电路功率级的结构，而实际中由于不同拓扑结构各自的特点，Boost、Buck、Buck-Boost是比较理想的隔离型结构电路，正激电路和反激电路是较为理想的非隔离型结构电路。它们都有着各自的特点，根据实际情况采用不同的拓扑结构。而对于功率因数校正技术来说除了主电路拓扑结构外，控制方法的研究也是研究的重点。根据不同的工作模式，功率因数校正技术的控制方法主要分为三类。而不同工作模式的划分，则是根据电感电流是否连续。电感电流连续的工作模式称为连续电流模式(Continuous Current Mode,CCM)；电感电流不连续的工作模式称为不连续电流模式(Discontinuous Current Mode,DCM)；电感电流介于二者之间的工作模式成为临界电流模式BCM(Boundary Current Mode)。不同的控制方式有着各自的特点。