功率因数校正器的辅助电路设计

　　1 引言

　　电力电子装置已成为电网最主要的谐波源之一。抑制电力电子装置产生谐波的方法主要有两种，一是被动方式，即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或滤除谐波;另一种是主动式的方法，即设计新一代高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低、功率因数高的特点，即具有功率因数校正功能。在功率因数校正器中辅助电路对其安全正常工作至关重要，辅助电路能够防止从电网传入电磁噪声，抑制装置产生的电磁噪声返回电网，抑制过大的起动冲击电流，消除浪涌噪声干扰等。

　　2 主要技术指标

　　该功率因数校正器的主要技术指标为：

　　1) 输入：单相AC220V±20%，即176V~264V，频率为50HZ±5%;

　　2) 输出：DC400V，负载在10% ~100%间变化时，电压调整率小于1%，输出功率为3KW;

　　3) 满载输出时，功率因数大于0.99，效率大于80%。

　　3 辅助电路的设计

　　辅助电路的设计包括：

　　1.EMI滤波电路;

　　2.起动电流抑制电路;

　　3.开关的浪涌吸收保护电路;

　　4.开关管的驱动保护电路。

　　3.1 EMI滤波电路的选择

　　输入EMI滤波电路的作用有两方面：第一，防止从电网传入电磁噪声，对装置形成干扰;第二，抑制装置产生的电磁噪声返回电网，造成电网公害。

　　所谓的EMI(Electro-MagneTIc Interference)是指电磁干扰，包括传导干扰和辐射干扰两种形式。在本设计中，由于辐射干扰比传导干扰小得多，而且容易抑制，所以主要考虑对传导干扰的滤除。传导干扰分为共模干扰和差模干扰两种，共模干扰是相线与大地之间的干扰信号;差模干扰是在相线之间，与输入功率通道相同的干扰信号。

　　目前市面上已有很多EMI滤波器成品，但基本上都是针对共模干扰信号设计的，差模干扰抑制效果很差。本设计中，由于高次谐波含量较大，需要差模干扰抑制效果较好，因此市面上的EMI滤波器均不能满足其要求，需要设计适当的EMI滤波器。

　　图1　EMI滤波电路原理图

　　本设计中的EMI滤波电路如图1所示，L1、L2为差模干扰抑制电感，L3、L4为共模干扰抑制电感，C1、C4为差模干扰滤除电容，C2、C3、C5、C6为共模干扰信号滤除电容。在设计中应注意使EMI电路的电容电感谐振频率低于升压斩波工作频率。

　　电感L1、L2与电容 C1、C4构成一个低通滤波器。由于电感对工频信号阻抗很小，电容对工频信号的阻抗很大，因此对工频信号基本没有影响;对于高频信号电感的阻抗很大，电容的阻抗很小，所以高频的干扰信号通过电容形成的回路而消除。电感值一般在几十微亨至几毫亨，在体积允许的前提下，应尽量取得大一些。电容容量一般应在几千微微法至零点几微法。

　　上述电路虽然对高频差模干扰信号能起较好的滤波作用，但对流向为同一方向的共模干扰信号无法滤除。为了滤除共模干扰信号，利用L3、L4和 C2、C3、C5、C6形成共模干扰抑制电路。共模电感采用两条输入线在铁芯上并绕，因此负载电流产生的磁通相互抵消，而共模干扰信号产生的磁通则相互叠加。所以该电感对负载电流不起作用，对共模干扰信号呈现高阻抗。通过电容将共模干扰信号引入大地。共模电感一般应在几十微亨到几毫亨之间，在体积允许的前提下，应尽量取得大一些，以提高抑制效果。电容容量一般应在几千微微法到零点几微法。

　　差模电感L1、L2流过的电流为负载电流，为了防止铁芯饱和，选用导磁率比较低的材料作为铁芯，在本设计中选用铁粉芯作为铁芯。共模电感L3、L4只对共模干扰信号起作用，所以不存在铁芯饱和问题，因此可以采用导磁率高的材料作为铁芯，在本设计中采用铁氧体作为铁芯。电容C1、C4接在输入线之间，所承受的最大电压是最大输入电压，因此选用250V的交流电容。电容C2、C3、C5、C6接在输入线与大地之间，为了防止高压击穿，这几个电容的耐压应选择的比较高，本设计中选用耐压为4KV的高压瓷片电容。

　　具体的参数分别为：L1、L2均为100uH，L3为2.8mH，L4为7.8mH，C1、C4均为2.2uF，C2、C3均为0.01uF，C5、C6均为0.0047uF。