降压型高功率因数校正器的研制

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摘 要 本文介绍了两类降压型高功率因数校正器，它的特点是设计新颖、电路简单、控制容易。不仅实现了降压输出，满足许多应用方面的需要。而且实现了电网输入电流的连续，减少了对电网的污染。同时它还减小了对开关管的电压应力的要求，使材料成本明显下降。为消化吸收、超越先进国家的电源产品提供了一平台。

【关键词】功率因数校正 降压输出型 高压输出型

1 问题的提出

目前，典型的降压型（BUCK）功率因数校正器对功率的提高还不能令人满意，虽然高压输出型（BOOST）功率因数校正器已在各种用电设备上获得广泛的应用，但是由于输出电压高，使得某些应用领域制造成本加大、产品可靠性降低。譬如，为荧光灯、高压纳灯等照明光源配套使用的电子镇流器就是如此。40瓦的荧光灯和高压纳灯的工作电压约100伏，如能使功率因数校正器的输出电压为200伏左右，就可降低电子镇流器上开关管电压应力，省掉开关变压器、减小降压电感的体积、容量，使产品的材料成本和生产成本大为降低。同时可靠性、耐用性、效率等性能指标会明显提高。再者，日本、美国等发达国家的市电电压约为110伏，我们对其先进产品的消化只能是方法上的模拟，也就是对其先进产品的电路参数，器件性能参数要重新设计，费事费力，事位功半，往往制造出的产品在性能上还有所下降。如能设计出输出电压为200V而成本又低的高功率因数校正器，我们对其先进产品的消化吸收就能从方法上的模拟变为形体上的仿真，为我们多快好省的研制出先进的电源产品提供了条件。这主是我们要研制降压型高功率因数校正器的目的。

2 降压型功率因数校正器

2.1 单管降压型高功率因数校正器电路

2.1.1 电路组成

单管降压型高功率因数校正器由升压型（BOOST）功率因数校正器电路和降压转换电路组成，其电路图如图1-1所示。在图1-1中，由开关管V1、电感器L1、二极管D1-5、D8、电容器C1、Co组成升压电路；由开关管V1、二级管D6-8、电感器L2、电容器C1、Co组成降压电路。

2.1.2 电路工作过程

设该功率因数校正器的输出电压Vo约为市电峰值电压的二分之一，即Vo≤200伏。当开关管V1工作时，在提高了功率因数便市电电压、电流波形保持一致的同时，所功率因数校正器的高压输出（Vi+Vo）变成降压。具体变换过程是：

当开关管V1在开关信号作用下导通时，电容器C1上的能量通过二极管D7、电感器L2、电容器Co、二级管D6及开关管V1级成的供电回路将电容器C1上存储的能量传输给输出电容器Co；当开关管V1在截止时，电感器L2存储的能量通过输出电容器Co、二级管D7、D8组成的续流供电回路传输给输出电容器Co；同时，电感器L1中存储的能量约有二分之一直接传输给输出电容器Co，实现了高效传输。到此该电器完成了一个工作周期，实现了高效功率因数和降压输出功能。

2.1.3 电路的设计

设该功率因数校正器中的升压电感器L1和储能电感器L2的设计完全和升压型功率因数校正器中的设计及降压型开关电源中储能电感的设计一样，不再叙述。

2.1.4 电路的优点

该电路的优点是简单方面的实现了降压高功率因数输出。与传统的BUCK电路相比，实现了输入电流的连续，减小了电磁干扰，方便了后级开关电源的设计，该电路可以广泛的应用在电子镇流器、家电、办公自动化等中小功率用电设备中。该电路根据不同需要还可以派生出图1-2、图1-3、图1-4三种电路，其工作过程不再叙述。如在图中a、b两点加入D9，会提高电路效率。

2.2 准单管降压型高功率因数校正器电路

2.2.1 电路的组成

准单管降压型高功率因数校正器电路由升压型（BOOST）功率因数矫正器电路、降压型（BUCK）功率因数矫正器电路和降压转换电路三部分组成。其电路图如图2-1所示。在图2-1中，由开关管V1、二极管D1～5、D7、电感器L1、电容器C1、Co组成升压电路；由开关管V2、电感器L1、二极管D1～5、电容器Co组成降压电路（在开关管V2导通时），由开关管V2、电感器L2、二极管D6、电容器C1、Co组成在开关管V2导通时向输出端供电的回路；由电感器L2、二极管D6、D7及电容器Co组成在开关管V2截止时向输出端续流供电回路。

2.2.2 电路工作过程

该电路的工作过程有二种模式，即当市电电压小于或等于输出电压前后，开关管V1、V2同时导通或截止为第二种工作模式。本文只对第一种工作模式进行说明。

设该电路的输出电压Vo约为市电峰值电压的二分之一，即Vo≤200伏。在市电电压Vi≤Vo前后，开关管V1、V2同时导通或截止，由开关管V1实现升压型功率因数校正器的功能，开关管V2实现把电容器C1的能量传输给输出电容器Co，完成降压转换功能。在市电电压Vi≥Vo时，开关管V1截止主开关管V2工作，V2导通时，由开关管V2、电感L1、一极管D1～5、电容器Co组成的降压功率因数校正电路把输入电流直接传送给电容器Co；同时还把电容器C1上能量通过与电容器Co、电感器L2、二极管D6组成的供电回路传送给输出电容器Co；开关管V2截止时，该电路由降压型工作模式变为升压型工作模式，使输入电流连续向输出电容Co供电。同时电感器L2中存储的能量通过与二极管D6、D7、电容器Co组成的续流供电回路向输出电容器Co供电。到此该电路完成了一个工作周期，实现了降压转换功能。

2.2.3 电路的优点

该电路的优点是使用一个主开关管实现了降压输出。且功率因数高，而主开关管承受的电压应力约为市电电压峰值的一半，且使得市电输入电流连续，电磁干扰小，效率高、成本低。可广泛应用于空调、电磁炉、微波炉、通信电源、逆变焊机等中大功率电源设备中。该电路根据不同需要还可以派生出图2-2、图2-3、图2-4三种电路，其工作过程不再叙述。如在图a、b两点加入D8，会提高电路效率。

3 结论

本文所提出的降压型高功率因数校正器电路简单、控制容易，减小开关器件的电压应力，功耗小，降低了用电设备成本，提高了可靠性。在输入电流连续的前提下，实现了降压输出，减少对电网的污染。而且为更好的消化吸收赶超国外的先进产品提供了有力的支持。随着电源技术的进步国内外都把减少用电设备对电网的污染、净化电网提出了更高的要求，为了减少入世后国外先进电源产品对我国电源市场的冲击，我们必须加大力度协作攻关，研制出具有自己特色的高功率因数校正器。去抢占这个极具潜力的电源大市场。

作者单位

徐州市中心医院 江苏省徐州市 221114