新型低成本高功率因数整流器设计.pdf

新型低成本高功率因数整流器的设计1 夏泽中，施三保 （武汉理工大学 自动化学院，武汉，430070） 摘 要：本文设计了一种新型、低成本、高功率因数整流器。通过高功率因数 PWM 控制芯片 L4981A，构建桥式 AC/DC 拓扑电路，分析了其工作原理并进行了系统仿真，叙述了拓扑电 路的设计和参数选取过程，最后给出了样机实验结果。该整流器控制电路简单、元器件少、 成本低、功率因数高，适合于各种中小功率通信电源和蓄电池充电器，具有一定的应用价值 和前景。 关键词：整流器，PWM ，高功率因数，L4981A 1 引 言 随着通信、电力和绿色电源技术的发展，直流电源在通信设备、电力自动化和车辆牵引 驱动等方面得到了广泛应用。在这些应用中，大多采用蓄电池来存储直流电源，但其产生的 谐波同时也污染了电网环境。高功率因数和高效率的整流电源在应用中降低了电网污染，所 以愈来愈受到欢迎。 目前 PFC 整流电路的研究和应用已经比较深入和广泛，但其在谐波抑制、转换效率， 功率损耗和制造成本等方面仍存在缺陷，需要采用新的电路结构和控制算法进行改进。本文 针对传统 Boost PFC 电路的不足，设计了一种新型低成本、谐波抑制和高功率因数整流器， 基于 PWM 控制芯片 L4981A，构建具有功率因数校正的新型桥式开关整流电路。该电路结 构简单，成本低廉，功率因数高，适用于各种中小功率通讯电源和蓄电池充电器。 2 电路结构及其工作原理 2.1 主电路结构的选择 基于PFC 的拓扑电路的研究现在已经非常成熟，而且得到了十分广泛的应用，其中Boost 拓扑电路由于结构简单和成本低廉而最为流行。其电路如图 1 所示，电路中交流电源通过专 用整流桥转换成直流，后经过 Boost PFC 电路输出。该方法具有较好的控制效果，在中小功 率电源中应用较为广泛。但其也存在一些缺点：①任何时刻都有三个半导体器件导通，随着 功率的提高，整流桥上消耗的功率也会随之增加，从而提高了电源的发热损失，降低了电源 效率；②该 Boost 电路有很高的开关频率，增大了电路的开关损耗；③直流侧的二极管降低 了直流电压，增加了电路功耗和不稳定性；④需要特殊电感来传导高频电流和抑制电流纹波。 针对以上考虑，本文给出了一种新型低成本、具有谐波抑制和高功率因数的电路结构， 如图 2 所示。该电路无需二极管整流桥，直接输入交流电源；去掉了直流侧二极管和电感， 只须在交流侧加一电感。变压器对输入电源进行隔离和降压，外接单向交流电源经转换后， 通过PFC专用芯片以一定的方式和次序触发开关管M 和M ，最终实现谐波抑制和高功率因 1 2 数整流。 1武汉理工大学科研基金资助项目 - 1 - + + M1 M2 控制器 控制器 图 1 传统 Boost PFC 整流电路 图2 本文采用的 PFC 桥式整流电路 本电路相当于两个Boost 电路的并联，克服传统Boost PFC 电路缺点的同时保留了升压电 路的优点。该方法的优点在于：①增强了传统PFC 电路的谐波抑制和功率因数校正能力，可 实现单位功率因数；②