交流输入电路与电感L 和电容C 组成的低通滤波网络相连,以抑制电网上来的电磁干扰,同时还对本身产生的电磁干扰有抑制作用,以保证电网不受污染. 图3 中L1 为差模扼流线圈,L2 为共模扼流线圈,把串联电感L1 分成2 部分串入相线和中线可尽量保证2 线的阻抗平衡,防止由于阻抗不平衡引起新的干扰. 共模扼流圈由2 个线圈对称绕制而成,其特点是对网侧工频电流呈现较低阻抗,但对流经的高频共模干扰而言,等效阻抗却很高.
EMI 滤波电路中的电感器件串入电路中对工作状态不加干涉,而对差模和共模干扰起到抑制作用,它的结构是在1 只磁芯上绕制2 个相同绕组的线圈,工作时将这2 个线圈分别串接在电源上,当工作电流接通时,磁芯中的磁动势相互抵消,因而磁芯材料不受任何影响,不必担心其磁饱和. 在这次研制过程中,采用频率特性好,导磁率高的铁氧体材料.在该研制过程中,采用电感和电容组成π型滤波器,使得输出电压更加平滑,交流分量更少,考虑到电感器件中经常有较大的直流电流成分,因而电感器件的铁芯采用具有高饱和磁通密度的铁粉芯材料制成.
2. 2 电路结构及工作原理
基于MC33262PFC 控制芯片的AC/ DC 变换器电路结构如图3 所示. 图中BD1 为整流桥,CY为干扰滤波电容,TR 为热敏元件,ZD1 为稳压管,EC 为电解大功率电感贴片电感器电容,VR 为压敏元件, FUSE 为保险丝,1~8分别表示芯片引脚号.
图3 所示APFC 电路主要由控制器IC 芯片MC33262 、MOSFET 功率管Q1 、升压电感器L4 、升压二极管D2 、输出滤波电容EC2 及反馈环路组成.APFC 变换器的工作原理基于升压电感L4 的电流与电压之间的物理关系. 在Q1 导通时,升压二极管D2 截止,滤波电容EC1 通过负载放电. 当Q1 由导通跃变为关断时,L4 产生的突变电势使D2 正向偏置导通,L4 中的储能经D2 释放,对EC2 充电. 由于Q1 和D2 交替导通,使整流桥输出电流经L4 连续流动. 这就意味着整流二极管在交流电源的半个周期内,导通角趋于180°. 该电路采用双环反馈控制方案. 内环反馈的作用是将全波整流输出直流脉动电压通过R003 和R004 组成的电阻分压器取样输入到MC33262 第3 脚,以保证通过L4 的电流时刻跟踪输入电压按正弦规律变化的轨迹. 通过L4 的三角形高频电流的峰值包络线正比于输入交流电压,其平电感加工厂均电流则呈正弦波形,这就意味着电源输入电流也呈正弦波. 外环用作APFC 变换器输出直流电压的反馈控制. 直流输出电压通过R005 和R009组成的电阻分压器取样输入到MC33262 的第1 脚,MC33262 输出PWM 驱动信号调节MOSFET 功率管的占空比,以使输出电压稳定.
图3 APFC实验电路结构图
交流输入电压经桥式整流,输出100 Hz 的正弦半波直流脉动电压,能够比较真实反映交流(AC) 输入电压波形的全波整流电压,经过电阻分压器分压、小电容电感生产C004 滤除高频噪声输入到芯片内部的乘法器. 滤波电容EC2 两端直流电压通过R005 和R009分压输入到芯片内部误差放大器的反相端,并与误差放大器同相端精密参考电压V ref比较,产生一个直流(DC) 误差电压,作为一象限乘法器的另一路输入. 当AC 输入电压从零按正弦规律变化到峰值时,乘法器的输出控制电流传感比较器的门限,迫使通过MOSFET 功率管Q1 的峰值电流跟踪AC 输入电压的变化轨迹. 流过MOSFET 功率管Q1 的电流在电阻R010 上转换为电压信号,输入到芯片第4 脚,经过芯片内置阻容( RC) 低通滤波器, 输入到MC33262 芯片内电流检测比较器的正向输入端. 电感L4 电流的波形呈高频锯齿三角波,在电流值从零增长到峰值的过程中,Q1 是导通的. 乘法器的输出则是电感峰值电流的参考电压,只要在R011 上的传感电压超过电流检测比较器的门限电压,片内逻辑电路动作,输出MOSFET 功率管关断信号. 升压电感L4 的副边绕组Ns 将感应电压经D1 整流EC1 滤波,作为MC33262 芯片启动后的辅助电源;Ns 还用做L4 的高灵敏度的电流传感器. Ns 将流过L4 的电流检测后,经限流电阻R007 输入到片内零电流检测器,只要电感电流一降至芯片所设置的“零”电平, 零电流检测器则通过置位门锁驱动MOSFET 导通.
升压电感器L4 选用铁氧体材料铁芯和李氏漆包线绕制,原副边线圈匝数比为60/ 6. 原边Np 绕组的电感为580μH ,副边Ns 是辅助电源及零电流检测绕组.
3 实验结果
实验结果显示该AC/ DC 变绕行电感换器在较宽广的输入电压范围下获得高度稳定的直流电压400 V 输出,纹波峰峰值在8 V 以下,输出额定功率达150W ,满载下效率η= 95 % ,功率因数λ≥0. 99 ,输入电流总谐波畸变D < 6 %. 图4 和图5 所示记录了芯片3 脚的采样输入电压、交流输入电流波形. 图6 所示为MOSFET 上源极电阻上的采样电压波形,它反映了流经MOSFET 上的电流波形,即电感储能阶段电感电流波形. 可看出由于MOSFET 开关频率很高(将近70 kHz) ,在开关关断过程中源极电阻上有较强的干扰电流流过,示波器记录波形上出现不少尖峰毛刺. MC33262 芯片内已预先设置了RC滤波器对该信号做滤波处理,不过一般可在4 脚与源极电阻间考虑再增添一外部RC 滤波电路,增强抗干扰效果.
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