连续导电模式(CCM)功率因数校正电路结构框图如图 5 所示。
(2)IC(集成电路)得电工作后,输出图腾柱信号去控制开关管 VTl 进入开关状态,同时,整流桥堆 VDl 整流输出的 100 Hz 脉冲经电阻 R3 和 R4 分压后,加到IC 的内部乘法器的一个输入端;PFC 电路整流输出的电压经 R5 和 R6 分压后,加到电压比较器 E/A 的负端,内部基准电压 VREF加到比较器 E/A 的正端,比较后输出的误差信号与交流输入的电流信号比较后,形成 VDIV信号,该信号送到乘法器的另一个输入端,共同去控制 PWM 控制器的占空比时间,使输出到开关管的图腾柱信号的占空比被输入的交流电压脉冲调制,达到提高功率因数的目的。
当开关管导通时,整流桥堆 VDl 输出的 100 Hz 脉动直流电经 PFC 电感 L、开关管 VTl 回到桥堆 VDl 的负端输出,PFC 整流二极管 VD2 截止(开关管的工作频率比 100 Hz 脉动电压高很多,在瞬间可以把 100 Hz脉动直流电看成稳定的直流电压)。电感 L 中流过的电流从零沿斜率线形增加,电感 L 储能。一旦电感中的电流达到峰值,开关管 VTl 截止。电感 L 中存储的磁能叠加上整流桥堆 VDl 输入的 100 Hz 脉动直流电压后,经整流二极管 VD2 整流和滤波电容 C2 滤波后,形成 390 V左右的直流电压。同时,电感 L 流过的电流逐渐下降,当电感的电流下降到零时,IC 产生一个驱动信号又使开关管再次导通,开始下一个周期的工作。IC 的控制逻辑电路同时受零电流检测器和交流输入乘法器的控制,可确保在同一时刻 IC 只输出一种状态的驱动信号。
(2)不连续导电模式(DCM)功率因数校正电路。该电路的基本组成包括以电压误差放大器为中心的电压控制环路和由一象限乘法器、电流感测比较器及零电流检测器等构成的电流控制环路,电路图如图 6 所示。
当接通交流电压后,由于旁路电容 C1容值仅为 0.1 ~0.47μF,只能对功率因数校正电路产生的高频信号和电源输入的高频信号滤波,故桥式整流器输出为 100 Hz 的正弦半波脉动直流电压(VR)。VR通过电阻 R3 对电容 C3 充电,当 C3 上的电压升至 IC 的启动门限以上时,IC 开始工作,并驱动功率因数校正电路开关管 VTl 工作。
一旦 PFC 升压变换器进入正常运行状态,升压电感器 T1 的次级绕组就感生高频脉冲信号,经二极管VD5 整流和电容 C3 滤波,为 IC 提供正常工作所需的电压和电流。100 Hz 脉动直流电压 VR 经 R1 和 R2 组成的电阻分压器分压,作为乘法器的一个输入(VMl)。升压变换器的直流输出电压经 R8 和 R9 分压后,反馈到 IC 误差放大器 EA 的正相输入端,并与误差放大器反相输入端上的参考电压 VREF比较,产生一个误差电压(VM2),也输入到乘法器。
乘法器的输出 VMC是两个输入电压 (VM1和 VM2)相乘的结果,作为 IC 电流比较器 Comp 的参考。当 IC 驱动开关管 VTl 导通时,升压二极管 VD6 截止,流过 PFC电感 L 的电流从零沿斜坡线性增加,并全部通过 VTl和 R7 回地 (开关管的工作频率比 100 Hz 脉动电压高很多,在瞬间可以把 100 Hz 脉动直流电看成稳定的直流电压)。一旦 IL在开关周期内达到峰值,VT1 上的驱动 PWM 脉冲变为零电平,VTl 截止,电感器 L 中的储能
叠加上整流桥堆输入的 100 Hz 脉动直流电压使 VD6
导通,通过 L 的电流 IL沿向下的斜坡下降。一旦 IL降为零,L 的次级绕组产生一个突变电动势被 IC 的零电流检测器接收,IC 产生一个新的输出脉冲驱动 VTl 再次导通,开始下一个开关周期。
IC 的电流检测逻辑电路同时受零电流检测器和电流传感比较器的控制,可确保在同一时刻 IC 只输出一种状态的驱动信号。VTl 源极串联电阻 R7 用于对流过 VTl 的电流进行检测。只要 R7 上的压降电压超过电流传感比较器的触发门限电平,PFC 开关管 VTl 则截止。
当交流电压从零按正弦规律变化时,乘法器输出VMC为比较器建立的门限强迫通过 L 的峰值电流跟踪交流电压的轨迹。在各开关周期内电感峰值电流形成的包迹波正比于交流输入电压的瞬时变化,呈正弦波波形。在两个开关周期之间,有一个电流为零的点,但没有死区时间,从而使交流电流通过桥式整流二极管连续流动 (二极管的导通角几乎等于180°),整流电流平均值即为交流输入电流 (为电感峰值电流的 1/2),呈正弦波波形,且与交流电压趋于同相位,因而线路功率因数几乎为 1 (通常为 0.98~0.995),电流杂波含量符合 IECl000—3—2标准的规定要求。与此同时,由于 PFC 电压控制环路的作用,PFC 变换器输出经提升的稳压直流电压,使直流输出电压在 90~270 V 的交流输入电压范围内保持不变。
(3)临界导电模式(CRM)功率因数校正电路。该方案的控制电路设计较为简单,而且可与较低速升压二极管配合使用,所以在较低功率应用中通常采用此方法。电路结构如图 7 所示。
IC 得到工作电压后,控制逻辑电路输出图腾柱信号使开关管 VTl 进入工作状态,100 Hz 脉动直流电压经 R1 和 R2 组成的电阻分压器分压,作为乘法器的一个输入信号。升压变换器的直流输出电压经 R5 和 R6分压后,反馈到 IC 误差放大器的正相输入端,并与误差放大器反相输入端上的参考电压 2.5 V 比较,产生一个误差电压,也输入到乘法器的另一个输入端,乘法器的输出信号作为 IC 内部电流比较器电流整形网络的参考输入。