2.1 AC/DC电路设计
传统的AC/DC全波整流电路采用的是整流+电容滤波电路。这种电路是一种非线性器件和储能元件的组合,输入交流电压的波形是正弦的,但输入电流的波形发生了严重的畸变,呈脉冲状。由此产生的谐波电流对电网有危害作用,使电源输入功率因素下降。在本设计中整流电路部分采用有源功率因数校正电路(APFC),避免了上述缺点。其电路如图1所示。
图1 PFC无损吸收主电路
与典型PFC主电路不同的是此电路选用了无损吸收缓冲网络。该网络降低了开关管的开关损耗,提高了其稳定性,增强了其使用寿命。它利用一组无源元件,使开关管实现了零电流开通和零电压关断,提高了电源的工作效率,且相对于其它谐振软开关电路,降低了生产成本。
下面通过分析PFC主开关Q的工作过程来说明此无损吸收缓冲网络的工作原理。
1)Q导通时,因为电感L2中电流不能突变,且C2、C1电压不能突变,Q中的的电流从零开始增加,缓慢上升。通过D4的电流iD4渐减。Q实现零电流开通,导通的损耗较小。
2)当电流iD4减少为零时,D4进入反向恢复状态,通过电感L2的电流iL2=iL1+irD4。D4反向电流irD4的变化率受到电感L2的控制,反向恢复损耗降低。
3)主电感L2中电流缓慢增加,Q上的电压uQ下降。电容C2通过D2、C1、L2、Q放电,C2上的电压uC2下降。
4)当uC2下降为零时,C2中的能量完全转向C1、L2。L2中的电流饱和不变,uQ下降变为零,Q完成零电流开通过程。
5)Q保持开通状态,与普通PFC电路的开关管状态相同。
6)Q关断时,L2中的电流iL2通过D1流向C2,C2从零开始充电,Q实现零电压关断,关断损耗较小。二极管D2、D3使uC2最终钳位在输出电压VL。
7)L2在导通时存储的能量通过D1、D2流向C1,L2逐渐复位。当L2复位后,C1中的能量通过D3输出。
8)当C1两端电压变为零时,D4正向导通。Q完成零电压关断过程。
9)Q保持关断状态直到开始进入新的开关循环过程。
Q的开关波形如图2所示;Q的实测导通时间和关断时间如图3所示。(电源负载22A)
图2 Q的D-S极之间开关波形
图3 Q的导通时间和关断时间
从以上分析可知此无损吸收网络具有以下几个特点。