功率因数校正电路对离线电源的输入电流波形进行整形,使从电源吸取的有功功率最大化。在理想情况下,电器应该表现为一个纯电阻的负载,此时电器吸收的反射功率为零。在这种情况下.本质上不存在输入电流谐波。电流是输入电压(通常是一个正弦波)的完美复制品,并且与电压同相。此时对于工作所要求的有功功率而言,从电网电源吸收的电流最小,而且还减小了配电、发电以及相关过程中的基本设备相关的损耗和成本。由于没有谐波,也减小了与使用相同电源供电的其他器件之间的干扰。当今众多电源采用PFC的另一个原因,是为了符合规范要求。现在,欧洲的电气设备必须符合欧洲规范EN61000-3-2。这一要求适用于大多数输入功率为75W或以上的电器,而且它规定了包括高达39次谐波在内的工频谐波的最大幅度。虽然中国还没有制定此类要求.但是希望在全球销售产品的电器制造商正在设计符合这一要求的产品。
APFC电源既要保持输出电压恒定,又要控制输入电流为正弦波,以获得较高的功率因数,为了能方便地控制输入电流.APFC电源常采用boost电路。本机的PFC校正电路由PFc正电感T401、APFC控制集成电路IC406(L6561)、Q406及外围元器件组成。
L6561为电流准连续模式(TM模式)的APFC控制芯片,即电感电流处于连续模式与断续模式的临界点。其工作原理如下:首先控制芯片生成一电感电流的参考信号,每一开关周期开始时MOS管导通,电感电流线性增加,然后将电感电流的检测信号与参考信号相比。当电感电流检测值等于电感电流参考值时.MOS管关断,电感电流减小,当电感电流降为零时.MOS管再次导通.如此周而复始。电感电流的参考信号由系统输出电压检测值与给定值相减,再经由PI调节器,然后将PI调节器的输出与整流桥后端的boost电路输入电压波形相乘得到。
由于电感电流参考信号由电压反馈环决定,故为保持系统稳定且获得高的功率因数,电压反馈环的带宽不宜太宽。电感电流实际为三角波,其包络为电感电流参考信号,由于电感电流参考信号为电压误差放大器的输出与整流后的boost电路输入电压波形的乘积,且当系统稳定工作时,误差放大器的输出基本恒定,故电感电流的包络基本为正弦波。由于并连于整流桥后端的滤波电路将电感电流的高频部分滤掉,故系统的输入电流为正弦波,且相位与电源电压一致.系统功率因数接近于1。
L6561是ST公司生产的有源功‘率因数校正专用芯片,是L6560功率因素校正器的升级版本。完全与标准版本相一致,该芯片有更多优越的性能,由一个卓越的THD组成,可容许工作在很宽的有效输入电压范围(从85V到265V)。甚至在ZCD脚已经实现把启动电流压缩到低至数十微安以及功能停止装置.以确保待机模式的电流损耗更低。能直接驱动MOS管,且集成了各种保护功能;由于集成度很高,大大减少了构成系统所需的元器件,降低了损耗,提高了效率。
其内部方框图如下图所示。
引脚功能如下:
(8)脚( vCC)为芯片的电源输入端,芯片的正常工作电压范围为11V~18V.芯片内部有- 20V的稳压管并联于该引脚与地之间,为防止芯片供电电压过高而将芯片内部稳压管击穿,可在该引脚与外部供电电源间串接一限流电阻。
(7)脚(GD)为芯片的驱动信号输出引脚,该引脚内部采用了图腾拄结构,具有最大400mA的驱动能力,能直接驱动MOS管或IGBT管,为避免MOS管振荡,一般在GD引脚与MOS管的栅极之间接一个十几欧到几十欧的电阻,由具体电路决定。
(6)脚(GND)为芯片的参考地,该引脚应和主电路的地连在一起。
(5)脚(ZCD)为芯片的过零检测引脚,用于确定何时导通MOS管。该引脚检测电感电流过零时产生的电压振荡,有效触发信号为脉冲的下降沿,井保证ZCD输入的电流不超过3mA。
(4)脚(cs)为MOS管电流采样引脚,芯片将该引脚检测到的信号与芯片内部产生的电感电流参考信号相比较,用以确定何时关断MOS管。
(3)脚(MULT)为芯片内部乘法器的一个输入端,该引脚与boost电路输入电压相连,确定输入电压的波形与相位,用以生成芯片内部的电感电流参考信号。
(2)脚(COMP)为内部乘法器的另一个输入端,同时为电压误差放大器的输出端,当系统稳定工作时,该点电压应恒定。
(1)脚(INV)为系统反馈电压的输入端,该引脚与内部运算放大器的负相输入端相连,同时通过一电阻分压网络与输出电压相连,从而构成负反馈;(1)脚和(2)脚之间应接一补偿网络,该网络一方面构成电压环的PI调节器,另一方面用以补偿系统的动静态性能。