[发明专利]一种降压式PFC电路

说明书

技术领域

本发明涉及AC-DC电路，特别涉及降压式功率因数校正的AC-DC变换器。

背景技术

交流变直流电路很多，而工业与民用供电一般采用交流供电，以民用为例，我国为220VAC/50Hz，美洲采用120VAC或110VAC，频率为60Hz的交流电，而英国采用240VAC/50Hz，其它国家和地区也是各不相同，总体说来，频率为两种：50Hz或60Hz，工作电压为110V左右以及220V左右，其特点是，电压(或电流)的幅度的方向随时间作周期性变化，如图1所示。

图1示出的随时间按正弦规律变化的交流电，称为交变正弦电压，变化一次所需要的时间称为交变电压的周期，用T表示，业界所说的220V，是指有效值，其峰值为倍有效值，即为：

200V×2=311.1V]]>………………………………………………………式(1)

直流电压(或电流)的大小和方向不随时间变化。如用曲线表示电压，则是和水平时间轴平行的一条直线，但我们一般把方向不变，但电压(或电流)的大小随时间有所变化的也称为直流电压(或电流)。

事实上，工业与民用都经常需要把交流变成直流，甚至是隔离的直流电，随着国家标准对用电器的功率因数的进一步要求，目前，对消耗功率75W以上的开关电源都有功率因数要求，即要求电路的工作电流波形基本和电压波形相同。

目前已有采用功率因数校正电路解决这一问题，功率因数校正电路简称为PFC电路，是Power Factor Correction的缩写。

注：75W数据来源于中国国家标准GB17625.1-1998，名为《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流≤16A)》。

传统的BOOST功率因数校正器已良好地解决这一问题，其工作原理可以参见电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第190页、191页，该书ISBN号7-121-00211-6。

BOOST功率因数校正器需要使用耐压高达输入交流电峰值以上的电解电容，对于我国的220VAC市电，考虑偶尔电压会升至264VAC，按式(1)计算出峰值为373V，需使用耐压400V以上的电解电容作为BOOST功率因数校正器的输出滤波电容；为了获得良好功率因数，BOOST功率因数校正器的输出电压一般定在400V上，使用的电解电容一般为450V耐压。高压电解电容因为寿命等原因，价格较高，这是BOOST功率因数校正器的不足之处，再者，由于BOOST功率因数校正器的输出电压已经为400V之高，给后续的第二级开关电源电路拓扑的选择带来麻烦，如计算机输出电压为12V、5V以及3.3V，从400V降到这么低的电压，需要用高耐压、大电流、低内阻的MOS管作为开关管。正因为如此，全球对降压式功率因数校正器电路研究日益加强。

BUCK拓扑式PFC电路的占空比，由于功率需要和电磁兼容方面考虑，功率电感中的电流都工作在电流连续模式(CCM)。

如美国专利公开号US 2010123448的《CONTROLIED ON-TIME BUCK PFC》美国专利公开说明书示出了一种降压式PFC电路，按其公开的技术方案，使用了BUCK电路，PWM方式控制BUCK电路中的开关，且在输入脉动直流电电压峰值时，占空比达到相对最大，其它时间都要小，因为只有这样，电路的消耗电流波形才会接近输入电压波形，才能实现PFC校正功能。这样需要BUCK电路中的电感L的电感量就要很大，且该电感L允许的工作电流也要很大，这样才能确保在高压输入下及占空比相对最大的情况下，该电感不能出现磁饱和，这也就决定了电感L的体积大，绕组的匝与匝、层与层之间的耐压处理增加不少工艺与成本。

PWM指Pulse Width Modulation，脉冲宽度调变信号，包括定频改变脉冲宽度，和脉冲频率调制(PFM：Pulse Frequency Modulation)，以及这两种方式的组合使用，本文所说的PWM，指上述的PWM和PFM以及它们的组合方式PWM-PFM。

若采用上述美国专利公开号US 2010123448的降压式PFC电路，设计成输出48V直流的PFC电路，其在交流输入峰值373V时的占空比D为：