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單級功率因數(shù)校正在AC-PDP開關(guān)電源小型化設(shè)計中的應用 |
| 作者：輕輕紅過 欄目：電源技術(shù) |
0 引言 隨著社會信息化的不斷發(fā)展以及先進制作工藝的不斷提高，作為大屏幕壁掛式電視和高質(zhì)量多媒體信息顯示的終端——彩色交流等離子體顯示器（AC-PDP）,其屏幕做得越來越大，功耗越來越小，電路結(jié)構(gòu)越來越簡單，成本也越來越低。而電源作為AC-PDP的一個重要組成部分，也向著小型化和簡單化的方向發(fā)展。 傳統(tǒng)的AC-PDP電源一般采用兩級方案，即PFC級＋DC/DC變換的電路拓撲結(jié)構(gòu)。它們分別有各自的開關(guān)器件和控制電路。盡管其能夠獲得很好的性能，但其體積過大，成本太高，電路比較復雜。因此，對其進行小型化改造也成了AC-PDP技術(shù)研究的一個方向。 由于AC-PDP驅(qū)動控制電路的復雜性，導致了其開關(guān)電源的復雜性。分析可知，不管從傳輸能量角度還是從所占體積的角度，PFC模塊和掃描驅(qū)動電極DC/DC變換模塊都占有相當大的比例。因此，對這兩部分的改造就成為AC-PDP開關(guān)電源小型化改造的一個切入點。本文根據(jù)單級功率因數(shù)校正的工作原理，提出了一種AC-PDP電極驅(qū)動電源模塊改進方案。 1 單級PFC維持電極電源模塊的拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理 本文采用的單級功率因數(shù)校正變換器電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。單相交流電經(jīng)全波整流后，通過串聯(lián)兩個感性ICS（Input-current shaping）接到雙管反激的DC/DC變換單元。 圖1 主電路拓撲結(jié)構(gòu) 圖中的兩個ICS單元完全相同，即LB1=LB2，LD1=LD2，N1p=N1n。采用這種雙ICS的單元結(jié)構(gòu)是為了減小儲能電容器上的電壓以及流過開關(guān)管的電流。 下面通過開關(guān)管的動作過程分析整個電路的工作原理以及工作過程。 1）S1和S2導通期間 其簡化電路如圖2（a）所示。開關(guān)管導通，儲能電容經(jīng)圖2（a）中右邊回路釋放電能，反激變換器TR開始儲能，iDC由零開始上升。線圈N1p及N1n分別感應產(chǎn)生左負右正和左正右負的電壓，D1n和D1p開始導通，D2n和D2p截止。Vin經(jīng)圖2（a）中左邊的回路給儲能電容CB1及CB2充電，iin開始上升，電感LB1，LB2，LD1，LD2充電。 (a) 開關(guān)管導通時的電路圖 (b) 開關(guān)管截止時的電路圖 圖2 開關(guān)管通斷時的簡化電路 因為VLB1=VLB2，VLD1=VLD2，為了分析方便，令 VLB=VLB1＋VLB2=2VLB1VLD=VLD1＋VLD2=2VLD1 在右邊的回路中，根據(jù)基爾霍夫定律有 VLB＋VLD=Vin－VB >0 （1） 式中：Vin為全波整流后的輸出電壓，即Vin=Vs|sinωt|； VB=VB1＋VB2； N1為繞組N1n及N1p的匝數(shù)； Np為反激變換器原邊主繞組的匝數(shù)。 又因為 VLB=VLB1＋VLB2=LB1 ＋LB2 （2） VLD=VLD1＋VLD2=LD1 ＋LD2 （3） 將式（2）及式（3）代入式（1），可得 (LB＋LD) =Vin－ VB （4） 所以 = 式中：LB=LB1＋LB2； LD=LD1＋LD2。 2）S1和S2截止期間 簡化電路圖如圖2（b）所示。此時iDC等于零，反激變換器給負載供電。線圈N1P及N1n分別感應產(chǎn)生左正右負和左負右正的電壓，D1n及D1p反向截止，D2n及D2p續(xù)流導通。根據(jù)基爾霍夫定律有 VLB=LB =Vin－VB<0 所以 = <0 從上面的分析可知，當Vin<VB 時，D1n，D1p，D2n，D2p全部截止，電流iin為零，電感LB1及LB2中沒有電流流過，即回路電流iin存在一個死區(qū)θ（dead angle），是不連續(xù)的。也就是說，在半個工頻周期內(nèi)，只有一部分時間電感LB的電流連續(xù)工作，iLB在半個工頻周期內(nèi)的波形如圖3所示。 由圖3可以看出，當輸入電壓為交流正弦波時，其輸入電流為一含有高頻紋波的近似正弦波。兩者相位基本相同，提高了輸入端的功率因數(shù)。 圖3 輸入電壓電流波形圖 2 試驗結(jié)果 根據(jù)4電極42英寸（107cm）彩色PDP驅(qū)動電路的要求，設(shè)計驅(qū)動電源模塊的參數(shù)為： 輸入電壓 AC170～250V； 輸出電壓 DC200～240V； 輸出電流 1A。 實驗電路采用UC3845作為開關(guān)管的控制芯片，開關(guān)的工作頻率為80kHz。DC/DC變換部分采用雙管反激電路。 實驗測得，當輸入電壓為AC220V，50Hz，輸出功率為240W（240V/1A）時，系統(tǒng)的功率因數(shù)為0.786。轉(zhuǎn)換效率為72.5％。此時得到輸入端的電壓電流波形如圖4所示。 圖4 輸入電壓及電流波形 3 結(jié)語 通過比較可知，在輸出功率相同的情況下，單級功率因數(shù)校正電路在功率因數(shù)校正能力和電源的轉(zhuǎn)換效率等方面，相對于兩級功率因數(shù)校正電路而言，相對要差一些。但隨著研究的深入，新的單級PFC拓撲結(jié)構(gòu)和控制方案將不斷地被提出，單級PFC電路的性能也將逐步地得以完善。而單級功率因數(shù)校正電路體積小、電路簡單的特點使其成為AC-PDP開關(guān)電源小型化改造的一個首選方案。 |
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| 作者： jizehua 于 2006/5/13 15:40:00 發(fā)布：
圖在哪兒? |
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| 作者： jizehua 于 2006/5/13 15:42:00 發(fā)布：
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