??1引言 ? ??前級(jí)從220V交流電網(wǎng)整流提供直流是在電力及電子儀表中應(yīng)用極為廣泛的一種基本變流方案。但整流器－電容濾波電路是一種非線(xiàn)性器件和儲(chǔ)能元件的組合，因此雖然輸入交流電壓是正弦波，但輸入電流波形卻嚴(yán)重畸變，呈脈沖狀，含有大量的諧波，使輸入電路的功率因數(shù)不到0.7。 ??用電設(shè)備的輸入功率因數(shù)低主要會(huì)造成以下危害：諧波電流嚴(yán)重污染電網(wǎng)，干擾其他用電設(shè)備；容易造成線(xiàn)路故障如線(xiàn)路、配電器件過(guò)熱，電網(wǎng)諧振；增加線(xiàn)路、變壓器和保護(hù)器件的容量；中線(xiàn)流過(guò)疊加的三相三次諧波電流，使中線(xiàn)過(guò)流而易損壞。 ??因此，我們必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)減小輸入電流波形的畸變，提高輸入功率因數(shù)，以減小電網(wǎng)污染。如信息產(chǎn)業(yè)部在通信電源的入網(wǎng)檢測(cè)中就要求1500W以上的電源設(shè)備，其功率因數(shù)必須高于0.92；1500W以下的電源設(shè)備，其功率因數(shù)必須高于0.85。 ??目前，主要用來(lái)提高功率因數(shù)的方法有：電感無(wú)源濾波，這種方法對(duì)抑制高次諧波有效，但體積大，重量大，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中其應(yīng)用將越來(lái)越少；逆變器有源濾波，對(duì)各次諧波響應(yīng)快，但設(shè)備造價(jià)昂貴；三相高功率因數(shù)整流器，效率高、性能好，近年來(lái)其控制策略和拓樸結(jié)構(gòu)處于不斷發(fā)展中。單相有源功率因數(shù)校正（APFC），通常采用Boost電路，CCM工作模式，因其良好的校正效果，目前在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 ??本文主要介紹了兩種常用的APFC芯片UC3854和UC3855的工作原理、功能特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)波形分析，并作了對(duì)比性研究。 ? ??2 UC3854構(gòu)成的硬開(kāi)關(guān)有源功率因數(shù)校正電路 ? ??2.1工作原理 ??UC3854是一種高功率因數(shù)校正集成控制，其主要特點(diǎn)是：PWM升壓電路，功率因數(shù)達(dá)到0.99，THD<5％ ， 適用于任何的開(kāi)關(guān)器件，平均電流控制模式，恒頻控制，精確的參考電壓。其結(jié)構(gòu)如圖1所示 ： ??UC3854包括：電壓誤差放大器，模擬乘法/除法器，電流放大器，固定頻率脈寬調(diào)制器，功率MOS管的門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)器，過(guò)流保護(hù)的比較器，7.5V基準(zhǔn)電壓，以及軟起動(dòng)，輸入電壓前饋，輸入電壓箝位等。 ??模擬乘法/除法器是功率因數(shù)校正芯片的核心，它的輸出IMO反映了線(xiàn)電流，因此被作為基準(zhǔn)電流，IMO與乘法器的輸入電流IAC（IAC與輸入電壓瞬時(shí)值成比例）的關(guān)系為： ??IMO=IAC（UAO－1.5）/KU2ms ??（對(duì)應(yīng)圖1中IM=AB/C） ??式中IMO、UAO為電壓誤差放大器的輸出信號(hào)，從芯片中減去1.5V是芯片設(shè)計(jì)的需要；K在乘法器中是個(gè)常數(shù)，等于1；Ums是前饋電壓，約為1.5～4.77V，由APFC的輸入電壓經(jīng)分壓后提供。 ? ?? ??圖1UC3854的電路結(jié)構(gòu)圖 ? ??模擬乘法/除法器除以U2ms起了前饋?zhàn)饔?，一方面芯片?nèi)部箝位Ums，消除了輸入電壓對(duì)電壓環(huán)放大倍數(shù)的影響，使電壓環(huán)放大倍數(shù)和輸入電壓無(wú)關(guān)；另一方面電壓誤差放大器的輸出還可使輸入功率穩(wěn)定，不隨線(xiàn)電壓的變化而變化。如當(dāng)輸入電壓變?yōu)閮杀叮瑒t反映輸入電壓變化的IAC、Ums均變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍。由上式可知IMO將減半，通過(guò)調(diào)制使輸入電流減半，從而保持輸入功率不變。另外電壓誤差放大器具有輸出箝位，可限制電路的最大功率。前饋電壓的輸入采用了二階低通濾波，這樣既可提高抗干擾能力，又不影響前饋電壓輸入端對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的快速響應(yīng)。 ??電壓誤差放大器的輸出電壓范圍為1～5.8V，當(dāng)輸出電壓低于1V時(shí)，將會(huì)抑制乘法器的輸出。電壓誤差放大器最大輸出內(nèi)部限定為5.8V是為了防止輸出過(guò)沖；為了減小輸入電壓過(guò)低時(shí)產(chǎn)生的交越死區(qū)，交流輸入端的標(biāo)稱(chēng)電壓是6V，同時(shí)還應(yīng)用電阻將該端口與內(nèi)基準(zhǔn)連起來(lái)，這樣線(xiàn)電流的交越失真將最小。 ??UC3854的開(kāi)關(guān)管和二極管都工作在硬開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，主要帶來(lái)以下問(wèn)題： ??（1）開(kāi)通時(shí)開(kāi)關(guān)管的電流上升和電壓下降同時(shí)進(jìn)行，關(guān)斷時(shí)開(kāi)關(guān)管的電流下降和電壓上升同時(shí)進(jìn)行，使開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷損耗大； ??（2）當(dāng)開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，感性元件感應(yīng)出較大的尖峰電壓，有可能造成開(kāi)關(guān)管電壓擊穿； ??（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通時(shí)，開(kāi)關(guān)器件結(jié)電容中儲(chǔ)存的能量有可能引起開(kāi)關(guān)器件過(guò)熱損壞； ??（4）二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)存在反向恢復(fù)問(wèn)題，容易造成直流電源瞬間短路。 ??2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ??用UC3854制造的APFC裝置，其參數(shù)如下： ??輸入電壓范圍：AC80～270V； ??輸出電壓：410V ??開(kāi)關(guān)工作頻率：72kHz； ??輸入電感：1.6mH； ??輸出電容：2160μF ??功率：1200W ??用數(shù)字示波器測(cè)試并打印出開(kāi)關(guān)管兩端電壓波形和輸入電感兩端電壓波形如圖2、圖3所示。 ? ?? ??????? 圖2開(kāi)關(guān)管兩端波形 ??????? ?? 圖3輸入電感兩端波形 ? ??從以上波形可以看出，開(kāi)關(guān)管上有電壓尖峰；并且當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)、二極管開(kāi)及開(kāi)關(guān)管開(kāi)、二極管關(guān)時(shí)在輸入電感上感應(yīng)出較大的電壓尖峰。為了克服硬開(kāi)關(guān)APFC的缺點(diǎn)，并進(jìn)一步改善性能，UC公司推出了UC3855。