摘要：针对开关电源中的整流电路和其自身的非线性负载特性发生很多谐波污染公共电网问题，提出了一种高功率要素校对电路。选用英飞凌(Infineon)公司的CCM操控形式功率要素校对芯片ICE2PCS01操控驱动MOSFET开关管，并与升压电感、输出电容等组成Boost拓扑结构，输入电流与基准电流比较后的差错电流通过扩大，再与PWM波比较，得到开关管驱动信号，快速而准确地使输入电流均匀值与输入整流电压同相位，挨近正弦波。成果标明，该电路计划能大大减小输入电流的谐波重量，在AC176V-264V的宽电压输入规模内得到安稳的DC380V输出，功率要素高达0．98。
关键词：功率要素；有源功率要素校对；均匀电流操控；ICE2PCS01
跟着国家经济的快速开展和人们生活水平的不断进步，工业生产与家庭生活中的用电设备越来越多，电力需求不断地添加，因此，进步用电功率，削减电网污染，已经成为遍及重视的研究课题。高频开关电源具有功率高、本钱低一级特色，因此已在许多范畴得到广泛运用。可是开关电源中的整流器，电容滤波电路是一种非线性器材和储能元件的组合，尽管输入沟通电压是正弦波，可是因为整流二极管的导通角很小，导致输入电流波形严峻畸变，呈窄脉冲状，含有很多的谐波，并且滤波电容越大，电流畸变越严峻，功率要素也就越低。
传统开关电源网侧的功率要素只要0．5～0．65，不只使得供电线路的能量损耗添加，浪费了很多的电能，并且谐波重量在线路中传导、辐射，严峻影响附近用电设备的正常作业，缩短了电气设备的运用寿命。电流畸变还会使某些电力计量和维护装置不能正常作业，乃至或许构成电网谐振、损害电网及用电设备安全。因此，有必要采纳办法来进步功率要素，削减电网污染。
1 功率要素校对原理
功率要素PF(Power Factor)是指体系的有功功率P与视在功率S的比值：
标明基波电流有用值在总的输入电流有用值所占的份额，cosβ1标明输入基波电压与基波电流之间的相移因数。功率要素校对的方针便是要运用电设备的输入电流和电压坚持波形和相位同步，以充沛有用地运用电网供给的电能。
2 功率要素校对办法的挑选
现在首要用来进步功率要素校对的办法有：多脉冲整流，这种计划在变压器具有平衡负载的情况下，对削减输入端的低次谐波是有用的；无源滤波法，这种办法对按捺高次谐波有用，可是滤波设备体积巨大，进步功率要素效果也不抱负，在产品规划中运用越来越少。有源功率要素校对(APFC)法，它运用有源开关式AC／DC改换技能，直接使输入电流成为与电网电压同相位的正弦波。这种办法对技能要求较高，但功率要素校对效果好，在理论上可将功率要素校对到0．99以上，故在大容量的通讯开关电源体系中运用较遍及。文中首要介绍用于LED路灯会集供电的大功率电源，故运用这种办法。
3 均匀电流操控形式Boost APFC电路原理
本规划主回路选用Boost改换器拓扑的有源功率要素校对，Boost电路具有功率高、电路简略、本钱低一级长处，现将均匀电流操控的Boos t AFPC电路的根本作业原理阐明。BoostAPFC电路均匀电流操控原理如图1所示，主电路由单相整流桥和DC—DC Boost改换器组成，虚线框内为操控电路。
均匀电流操控原来是用来在开关电源中构成电流环调理输出电流的，现在将均匀电流法运用于功率因数校对，以输入整流电压Udc和输出电压差错扩大信号的乘积为电流基准。均匀电流操控选用了电流操控环和电压操控环，其间电流操控环使输入电流跟挨近正弦波，电压操控环使Boost电路输出的电压更安稳。基准电流由输入整流电压与输出电压差错扩大信号的乘积组成，其间从输入整流电压取样的意图是是基准电流与整流后的电压波形同相。输入电流差错信号通过CA被均匀化处理，CA的输出加到PWM比较器的同相输入端，锯齿波信号接到PWM比较器的反向输入端，这样电流差错扩大器CA的输出可直接操控PWM比较器的占空比，给开关管供给驱动信号。因为电流环有着较高的增益一带宽(Cain—Bandwidth)，使盯梢差错发生的畸变小于1％，简略完成挨近于1的功率因数。
4 APFC电路规划
4．1 芯片选型
本规划的有源功率因数校对电路中选用了两级PFC电路结构，别离完成对输入电流和输出电压的精准快速调理。要求功率因数大于98％谐波失真度(THD)小于5％。输入沟通市电通过整流滤波，进行功率要素校对，通过Boost APFC电路，输出安稳的直流380 V电压，以供后级运用。选用英飞凌的APFC操控芯片ICE2PCS01，通过对电流内环、电压外环的准确操控，完成功率要素校对的意图。
ICE2PCS01是英飞凌(Infineon)公司推出的一款低本钱的接连导通形式CCM PFC专用操控器，该芯片选用均匀电流值操控，使得功率要素能够到达1，具有以下的运用特色：仅有8个管脚，所需外围器材少；支撑宽规模内的电压输入；50～250 kHz可调频率范嗣，频率在125 kHz时，最大占空比为95％；芯片供电电压10．0～21．0 V(典型值)；增强的动态呼应，单周期电流峰值约束，软启动功用；具有多项维护功用，如开环维护、输出过压维护、沟通电源欠压维护、电源欠压维护、峰值电流限幅及软过流限幅维护等；其内部结构如图2所示。
下面为ICE2PCS01的引脚功用阐明。GND(引脚1)：芯片接地端。ICOMP(引脚2)：电流环补偿器。该引脚外接一个补偿电容构成滤波环节，将输入ISENSE脚的带有波纹的、反响电感电流的电压波形滤波为一个反映电感均匀电流的正向电压波形。ISENSE(引脚3)：电流采样输入端。为避免浪涌电流导致引脚3电压超出最大接受值，一般串联一个电阻来约束注入ICE1PCS01芯片电流。FREQ(引脚4)：频率设置端。该管脚能够通过对地外接一个电阻来设定体系的开关频率，可调频率规模为50～250 kHz。VCOMP(引脚5)：电压环补偿器。该管脚通过对地衔接的一个补偿网络构成电压操控环的补偿器，并且能够供给体系的软启动功用然后操控启动时输入电流的缓慢上升。VSENSE(引脚6)：输出电压传感／反应端。该管脚通过电阻分压网络采样输出电压，该管脚的参阅电压为5 V，该脚大于0．8 V芯片才作业。VCC(引脚7)：芯片供电端。供电电压为10．2～21 V。GATE(引脚8)：驱动输出端。具有1．5 A的驱动才能。
4．2 首要参数的规划
1)开关频率的挑选
选用高的开关频率有助于缩小电路体积，添加功率密度，下降波形失真度；可是选用过高的开关频率又会导致开关损耗增大，影响功率电路功率。在实践的电路运用中，开关频率一般选20～200 kHz，本规划挑选的开关频率为67kHz，根据芯片规划手册可得R6电阻值为70kΩ。
2)升压电感的挑选
Boost电路中的电感L1起存储传递能量和滤波等效果，电感量的挑选对输入端的电流纹波巨细有直接关系。当输入电压最低、输出功率最大时，电感电流值最大，这时电流波纹也将最大。在这种情况下，电感电流波纹也还要满意规划要求，经核算所需的升压电感值为0.15mH。
3)输出电容的挑选
输出滤波电容起滤除开关管作业构成的波纹和滑润输出直流电压、滤除其间脉冲成分的效果。在实践电路运用中，运用的Boost输出电容为3 300μF／450 V的电解电容。
4)开关管的挑选
本规划开关管选用MOSFET，功率MOSFET具有导通电阻低、负载电流大的长处，因此十分合适用作开关电源的整流组件。导通时开关管中流过的电流便是电感电流，最大值为39．16 A。开关管两头接受的最大电压为UDS=UDC+△U=380+380×20％=456 V，考虑到开关管的过压尖刺，开关管需求的耐压值至少为600 V，这儿选FCA47N60型的MOSFET，其额外目标为47 A／600 V。
结合上面的电路计划和详细参数规划，得出根据ICE2PCS01的有源功率要素校对电路，图中运用了驱动芯片FAN3224C来进步ICE2PCS01的驱动才能。Boost APFC电路原理图如图3所示。
5 试验成果
根据上述规划根据，通过电路衔接、调试与测验，试验得到输入电压电流波形如图4所示，图中上面为输入电压波形，下面为输入电流波形，由图可见通过功率要素校对之后输入电流由窄脉冲变为正弦波，与输入电压相位相同，此刻Boost升压电路的阻抗特性适当于于纯电阻电路，完成了进步功率要素的意图。
6 结束语
文中论述了一种根据Boost电路拓扑原理，具有功率要素校对功用的AC—DC改换器，较好的完成了功率要素校对功用。研制出的PFC电路输入电压规模为AC176V-264 V，输出为DC380 V，在整个输入电压规模内功率要素大于0．92，满载输出额外功率为3．5 kW，现已成功运用在大功率会集供电LED路灯供电电源中。试验标明该电路满意规划要求，性能优越、原理简略、作业安稳牢靠，运用远景广泛。
