[发明专利]一种带有源功率因数校正的开关电源

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源领域，特别涉及带有源功率因数校正的高可靠性的交流或直流变换为直流的开关电源。

背景技术

目前，开关电源应用很广，对于输入功率在75W以下，对功率因数(PF，Power Factor，也称功率因素)不作要求的场合，反激式(Fly-back)开关电源应用很广。对于输入功率大于75W的电源，甚至是很多照明用的开关电源式驱动器，尽管功率在75W以下，国家标准对其功率因数有要求。

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。一种低成本的方式是：在整流桥和滤波电容之间串联一只电感，由于都是无源器件，仍称为无源功率因数校正。有源功率因数校正是“Active Power Factor Correction”的中文名称,简称APFC，通常的定义为：在整流器和负载之间接入一个DC-DC开关变换器，应用电流反馈技术，使输入端电流i_i波形跟踪交流输入正弦电压波形，可以使i_i接近正弦波。从而使输入端电流的总谐波失真THD小于5％。而功率因数可以提高到0.99或更高。由于这个方案中使用了有源器件，故称为有源功率因数校正，一般PF值做到0.9以上，就可以满足很多国家的标准，若负载为开关电源，那么，系统就是带有源功率因数校正的开关电源，又叫两级变换，作为第一级PFC负载的第二级开关电源，通常称为主功率级变换器，简称主功率级。

整流桥中串入功率因数校正电感，仍属无源功率因数校正，不是有源功率因数校正。我们把整流后直接滤波的开关电源，以及整流桥串入功率因数校正电感，再滤波的开关电源，因为只有一级功率变换电路，都定义为：直接滤波式开关电源。

图1示出了一种主流的Boost APFC电路，一般都写为Boost PFC电路，这是因为，带有Boost电路的，一定是有源功率因数校正电路，在图1的电路的输出端Vo，再接上其它的功率级DC-DC变换器，即主功率级，就是标准的带有源功率因数校正的开关电源。反激变换器、半桥变换器、LLC变换器，不对称半桥，单管正激电路都可以成为主功率级。

整流桥Z101一般由四个整流二极管组成，申请号201210056555.9的授权发明说明书中的图4-1、图4-2、图4-3给出了整流桥的几种公知画法。电解电容单位体积的电容量非常大，所以在带有源功率因数校正的开关电源中，也使用了电解电容，图1中的C101是PFC的滤波电容，一般为电解电容。

传统的BOOST功率因数校正电路，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功率因数校正电路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，峰值为373V，需使用耐压400V以上的电解电容作为BOOST功率因数校正电路的输出滤波电容；为了获得良好功率因数，BOOST功率因数校正电路的输出电压一般定在400V左右，使用的电解电容一般为450V耐压，有的厂商配合地推出420V耐压的电解电容。由于BOOST功率因数校正电路的输出电压已经为400V之高，给后续的第二级的主功率级拓扑选择带来麻烦，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电路研究日益加强。

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，

再如中国已授权的申请号为201210271808.4的《一种降压式PFC电路》也是一种降压式功率因数校正电路，同样使用电解电容作为PFC的滤波电容。