[發明專利]一種帶有源功率因數校正的開關電源

有效

• 申請號: 201610040059.2
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105577003B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 王保均
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/335;H02M1/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及開關電源領域，特別涉及帶有源功率因數校正的高可靠性的交流或直流變換為直流的開關電源。

背景技術

目前，開關電源應用很廣，對于輸入功率在75W以下，對功率因數(PF，Power Factor，也稱功率因素)不作要求的場合，反激式(Fly-back)開關電源應用很廣。對于輸入功率大于75W的電源，甚至是很多照明用的開關電源式驅動器，盡管功率在75W以下，國家標準對其功率因數有要求。

目前已有采用功率因數校正電路解決這一問題，功率因數校正電路簡稱為PFC電路，是Power Factor Correction的縮寫。一種低成本的方式是：在整流橋和濾波電容之間串聯一只電感，由于都是無源器件，仍稱為無源功率因數校正。有源功率因數校正是“Active Power Factor Correction”的中文名稱,簡稱APFC，通常的定義為：在整流器和負載之間接入一個DC-DC開關變換器，應用電流反饋技術，使輸入端電流i_i波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，可以使i_i接近正弦波。從而使輸入端電流的總諧波失真THD小于5％。而功率因數可以提高到0.99或更高。由于這個方案中使用了有源器件，故稱為有源功率因數校正，一般PF值做到0.9以上，就可以滿足很多國家的標準，若負載為開關電源，那么，系統就是帶有源功率因數校正的開關電源，又叫兩級變換，作為第一級PFC負載的第二級開關電源，通常稱為主功率級變換器，簡稱主功率級。

整流橋中串入功率因數校正電感，仍屬無源功率因數校正，不是有源功率因數校正。我們把整流后直接濾波的開關電源，以及整流橋串入功率因數校正電感，再濾波的開關電源，因為只有一級功率變換電路，都定義為：直接濾波式開關電源。

圖1示出了一種主流的Boost APFC電路，一般都寫為Boost PFC電路，這是因為，帶有Boost電路的，一定是有源功率因數校正電路，在圖1的電路的輸出端Vo，再接上其它的功率級DC-DC變換器，即主功率級，就是標準的帶有源功率因數校正的開關電源。反激變換器、半橋變換器、LLC變換器，不對稱半橋，單管正激電路都可以成為主功率級。

整流橋Z101一般由四個整流二極管組成，申請號201210056555.9的授權發明說明書中的圖4-1、圖4-2、圖4-3給出了整流橋的幾種公知畫法。電解電容單位體積的電容量非常大，所以在帶有源功率因數校正的開關電源中，也使用了電解電容，圖1中的C101是PFC的濾波電容，一般為電解電容。

傳統的BOOST功率因數校正電路，其工作原理可以參見電子工業出版社的《開關電源的原理與設計》第190頁、191頁，該書ISBN號7-121-00211-6。

BOOST功率因數校正電路需要使用耐壓高達輸入交流電峰值以上的電解電容，對于我國的220VAC市電，考慮偶爾電壓會升至264VAC，峰值為373V，需使用耐壓400V以上的電解電容作為BOOST功率因數校正電路的輸出濾波電容；為了獲得良好功率因數，BOOST功率因數校正電路的輸出電壓一般定在400V左右，使用的電解電容一般為450V耐壓，有的廠商配合地推出420V耐壓的電解電容。由于BOOST功率因數校正電路的輸出電壓已經為400V之高，給后續的第二級的主功率級拓撲選擇帶來麻煩，如計算機輸出電壓為12V、5V以及3.3V，從400V降到這么低的電壓，需要用高耐壓、大電流、低內阻的MOS管作為開關管。正因為如此，全球對降壓式功率因數校正電路研究日益加強。

如美國專利公開號US 2010123448的《CONTROLIED ON-TIME BUCK PFC》美國專利公開說明書示出了一種降壓式PFC電路，按其公開的技術方案，使用了BUCK電路，PWM方式控制BUCK電路中的開關，且在輸入脈動直流電電壓峰值時，占空比達到相對最大，

再如中國已授權的申請號為201210271808.4的《一種降壓式PFC電路》也是一種降壓式功率因數校正電路，同樣使用電解電容作為PFC的濾波電容。