基于NCP1654的高功率因数电源的设计

Ｒ 一
一 ６
（２）
因为 实 际 电感 电流 尖 峰值 要 比计 算 峰 值要 高 ，本 设计 选择 Ｒ７为８．７ ｋＱ。
０．１９Ｑ ，Ｃｊ ＝３０００ ｐＦ。
２ 电路设计 及参数计算
２．１ ＮＣＰ１６５４芯 片介 绍 ＮＣＰ１６５４采 用 平 均 电 流 模 式 控 制 ，电
路 设计 元件 少 ，低 启 动 电 流 ，栅 极 驱 动 电流 达 到 １．５ Ａ，此 芯 片 有 三 种 开 关 频 率 可 选 （６５／１３３／２００ ｋＨｚ），考 虑 到 ＥＭＣ 问 题 ，本 设计 选用 ６５ ｋＨｚ芯 片 。 同时 芯 片具 有 软 启 动 ，过 电压 保 护 ，欠 电压 保 护 和过 功 率 保 护 等功 能 。
６０ ｎｓ。
２．３．３ 输 出电容计 算
输 出电容的设 计要 考虑 三个 因素 ：输 出 电压纹 波 、 电流纹 波 和保 持 时间 。计算公 式 如下 ：
Ｃｏ： ２ Ｐｏｔｈ
（１）
式 中 ，ｔｈ为最 大交 流 电周 期 （２１．３ ｍｓ），输 出电 压 最 小
通 电 潦 梭 】Ｉ：
电路采用双 闭环控 制 方式 ，电流 环作 为 内环 ，以乘 法器 的输 出作 为 参考 ，直 接控 制 升压 电感 的 平均 电流 。 电压环作 为外环 ，可实现输 出电压 的稳 定 。通过 专用芯 片控制 开关 管驱动脉 冲 ，使输入 电流平 均值 自动跟踪全 波直 流电压 ，且 保 持输 出 电压稳定 ，从 而实 现 恒压 输 出 和 提 高 功 率 因 数 的 目 的 。本 文 将 对 基 于 安 森 美 ＮＣＰ１６５４的 ＰＦ℃ 电源 的应用进 行详细 的分析 和设计 。
１．２ ＡＰＦＣ工作 原理 ＡＰＦＣ工 作原 理框 图 如 图 １所示 ，基 本原 理 如下 ：
单相 交 流 电经 过 桥 式 整 流 后 得 到 １００ Ｈｚ／１２０ Ｈｚ的 单相 双半 波正 弦 电压 信 号 ，然 后 对全 波 直 流 电压 进 行 Ｂｏｏｓｔ变换 。整 流桥 输 出 电压 的 检测 信号 和 电压 误 差
升 压 转 换 器 是 ＡＰＦＣ 应 用 中 最 常 见 的拓 扑 ，即 Ｂｏｏｓｔ变换 电路 。其 电路 结 构 简单 ，实 现 成本 低 ，输入 侧 的储 能 电感 能减 小 输 入 电 流纹 波 ，电路 输 出侧有 滤 波 电容 可 以减 小输 出 电压纹 波 ，对 负 载呈 现 电压 源 特 性 。
ＮＣＰ１６５４控 制 电路 ，并 设 计 了 ６００ Ｗ 功 率 电路 ，实验 结 果 证 明 了此 校 正 电路 的 优 良性 能 。
关 键 词 ：ＡＰＦＣ；ＮＣＰ１６５４；功 率 电 路
中 图分 类 号 ：ＴＮ８６
文献 标 识 码 ：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ｗｉｔｈ Ｈ ｉｇｈ Ｐｏｗ ｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＮＣＰ１ ６５４
电源最 大输 出电 压 为 ４００ Ｖ，开关 管 最 大 实 际 漏 源 电 流约 为 １２ Ａ，但 实 际 电压 和 电流有 尖 峰脉 冲 ，电 压和电流取值要 留一定余量 。为了减小开关损耗和导 电损耗 ，要选 择低 栅极 电荷 、输 入 电容 小 和 Ｒ （ｏｎ）小 的 ＭｏＳＦＥＴ管 。本 文 选 择 ＳＰＰ２０Ｎ６（）Ｃ３开关 管 ，其 最 大 耐 压 为 ６５０ Ｖ，最 大 导 通 电 流 为 ２（）Ａ，Ｒ ＝
２０１２年 ５月 ２５日第 ２９卷第 ３期
通 缱 电．潦 技 术
Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
文章编 号 ：１００９—３６６４（２０１２）０３—００２５—０３
Ｍ ａｙ ２５，２０１２，Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．３
罐 荽
基 于 ＮＣＰ １ ６５４的 高 功 率 因数 电源 的设 计
根 据 电感 电流 是 否 连 续 ，ＡＰＦＣ 电路 分 为 连 续 导 通模 式 （ＣＣＭ）、不 连续 导 电模式 （ＤＣＭ）和 临界导 电模 式 （ＣＲＭ）。其 中 ＣＣＭ 模 式 由 于 电感 电流 连续 、纹波 小 、电磁 干扰小 和 开关 管 电流应 力小 等特 点 ，适 用 于功 率较 大 的 应 用 场 合 ，但 其 需 要 比 较 大 的 ＰＦＣ 电感 ； ＤＣＭ 模 式开 关损 耗较 小 ，因为 电流 在下一 个 开关周期 到来 之前 降 为零 ；ＣＲＭ 模 式在 下一 个周期 开 始之前 电 感 电流将 衰减 为零 ，而且 频 率 随 着 线路 电压 和 负 载 的 变化 而 变化 。其 主要 优 点是 电 流环 路 是 稳 定 的 ，而且 不需 要斜 坡 电压 补偿 Ｅ３Ｊ。
· ２５ 。
２０１２年 ５月 ２５日第 ２９卷第 ３期
匝 缝 电．凉 技 术
Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｍ ａｙ输出信号的乘积产生基准 电流信号 ，此基准电 流信号与电感电流采样信号经电流误差放大器 比较放 大后输 出 ，然 后与 锯齿 波 比较 ，输 出 ＰＷＭ 信号 驱动 开 关 管 。当开关 管 Ｓ导通 ，二极 管 Ｄ反 向截 止 ，输 入 电 压通过 整 流桥 后 加 在 输 入 电感 Ｌ上 ，电感 电 流上 升 ， 上升 速度 与输 入 电压 成 正 比 ；当 开 关 管 Ｓ截 止 ，Ｄ 导 通 ，电感 Ｌ通 过二极 管 给 电容 Ｃ充 电ｌ＿４ｊ。
汪定 华 （中国 电子科技集团第 四十一研究所 ，安徽 蚌 埠 ２３３００６）
摘 要 ：为 了减 少电力 电子装置 引起的谐波污染 ，加入 ＡＰＦＣ控 制策略是 一种 有效 的方 法。有源功 率因数校正 电路使
输入电流波形跟 踪输入 正 弦 交流 电压 波形 ，得 到较 高 的功 率 因数 。文章 主要 针 对 ＡＰＦＣ控 制 方 法进 行讨 论 ，介 绍 了
２０１２年 ５月 ２５日第 ２９卷第 ３期
汪定华 ： 基于 ＮＣＰ１６５４的 高功率 因数 电源 的设计
Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍ ａｙ ２５，２０１２，Ｖｏ１．２９ Ｎｏ． ３
值 为３３０ Ｖ。通 过计 算取 输 出 电容 值为 ６８０ 。
通过 计算 得 ｊ ：２．３ ｍｍ。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ＮＣＰ１６５４；ｐｏｗｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ
０ 引 言
随着 电力 电子技 术 的发 展 ，各 种整 流器 和 带 有 整 流器 的 电力 电子装 置 在各 行各业 中大 量应 用 。这种采 用 桥 式整流 和大 电容 滤 波 的 电路 系 统 ＿１ｊ，输 入 电 网电 流是 上升 和下 降很 陡 的窄 脉 冲 ，电 流波 形 发 生 严 重 畸 变 ，电流谐 波含量 较 高 。这 些 电流脉 冲 的峰值很 高 ，消 耗 功率 并且 产生 更 多 的 ＲＦＩ／ＥＭＩ问题 。 因此 研 制 出 谐 波含 量 低 ，功 率 因 数 高 ，并 具 有 较 好 稳 压 效 果 的 ＰＦＣ装 置具有 很重要 的意义 。
Ｗ ＡＮＧ Ｄｉｎｇ－ｈｕａ （ＣＥＴＣ ４１ｓｔ，Ｂｅｎｇｂｕ ２３３００６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｉＳ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈａｔ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ （ＡＰＦＣ） ｉＳ ａｄｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅ— ｃｅｉｖｅｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅｓｅ ｄｅｃｅｉｖｅｓ．Ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍａｋｅｓ ｉｎｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｔｒａｃｋ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ＡＣ ｖｏｌｔａｇｅ ｗａｖｅｆｏｒ ｍ ｔｏ ｇｅｔ ａ ｈｉｇｈｅｒ ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ．Ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｍａｉｎｌｙ ａｉｍｅｄ ａｔ ＡＰＦＣ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ＮＣＰ１６５４ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ６００ Ｗ ｐｏｗｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅ— ｔｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒ ｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｃｉｒｃｕｉｔ．
收 稿 日期 ：２０１２—０２—１５ 作 者 简 介 ：汪 定 华 （１９８２一），男 ，硕 士 ，中 国 电 子 科 技 集 团 第 四 十 一 研 究所 ，助理工程师 ，主要从事 电源产 品的设计 。
术 ，通过 一定 的控 制 策 略使 电 网输 入 端 的 电流 波 形 逼 近正 弦 波 ，并使 其 与 输 人 的 电 网 电压 同相 位 。这 种方 法控 制 电路较 为 复杂 ，但 可 得 到较高 的功率 因数 ，总谐 波 畸变较 小 ，输 出 电压较 为 稳定 。 １．１ ＡＰＦＣ工 作模式
图 １ ＡＰＦＣ工 作 原 理 框 图
图 ２ ＮＣＰ１６５４应 用 电路
２．３．２ 续 流二极 管 的选择 ＰＦＣ升 压 电路 采 用 Ｂｏｏｓｔ拓 扑 结构 ，因此 续 流二
极管 的选取 非 常重 要 。因为 电路 中输 出 电容 较 大 ，续 流二 极管应 能 承受 电感 的最 大 峰 值 电流 、输 出 电压 的 最 大反 向电压 ，并 且 反 向恢复 时 间要 尽量 的短 ，时 间长 则开关 损 耗 大 。本 文 选 择 ＭＵＲ１６６０，其 最 大 正 向 电 流 为 １６ Ａ，反 向 耐 压 为 ６００ Ｖ，反 向 恢 复 时 间 最 大
２．２ 主 电路设计 设 计的 主 要 指标 参 数 ：交 流 输 入 电压 为 ８５～ ２６５
Ｖ，电网频率 ４７￣６３ Ｈｚ，直流输 出电压 为３８５ Ｖ，输 出功 率６００ Ｗ ，功率 因数 大 于０．９９，变 换 器 效 率 高 于 ９０ 。 采用 ＮＩｃＰ１６５４的 ＰＦ℃ 电源应用 电路 如图 ２所示 。 ２．３ 主 要器件 参数选 择及计 算 ２．３．１ 开关 管的选 择
２．３．４ 电流检 测 电阻 的计算
３ 测 试 结 果 与分 析
电流 信 号 通 过 一 个 电 阻 （图 ２中 Ｒ１ ，此 处 选 择
０．１ １２）得 到 一 个 负 电 压 ，再 连 接 一 个 电 流 检 测 电 阻
图 ３和 图 ４是 样机 在输 入低 压 和高压情 况下 带满
（图 ２中 Ｒ ）到 芯片 的 ３脚 。检 测 电阻计算 公 式如 下 ： 载情 况 下 的电压 、电流 波形 。从 图 中可 以看 出 ，在 低输
１ 升压 型 ＡＰＦＣ工 作 原 理
为 了补 偿 由电 力 电 子 设 备 带 来 的无 功 和 谐 波 问 题 ，有许 多 方法被 提 出 ，概括 起来 可分 为无 源补偿 和 有 源 补偿 两种 方案 ＿２］。无 源补偿 的基 本原 理是 利用 电容 提 供 的超前 无功 电流 补 偿 电 网 的滞 后 无 功 电 流 ，利用 电感 、电容构 成 的各次谐 波滤 波器 ，吸 收除基 波频 率 以 外 的谐 波 。无 源滤 波 器 原理 简单 ，但 是 其 电容 器对 无 功 的补偿 是 固定 的 ，对 负载变 化 的适应 性差 ，滤 波器 的 体 积和 质量 都相 当 大 。并且 容 易 和系 统 发 生谐 振 ，使 得 滤波 器过 载甚 至 烧 毁 ，其 功 率 因数 只能 达 到 ０．７～ ０．８。有 源补偿 是 采 用 功 率 开关 器 件 和 ＰＷＭ 控制 技