摘 要：介绍常用的APFC芯片UC3855的工作原理、功能特点，做了实验波形分析及对比性研究。
关键词：有源功率因数校正 零电压转换
1 引言
从交流电网经整流输出直流，是通信电源中应用极为广泛的一种基本变流方案，这种方案造成大量电流谐波分量倒入电网（称为Harmonic Emission），造成对电网的谐波“污染”。一方面使电网电压（原来是正弦波）发生畸变；另一方面，会造成电路故障，使变电设备损坏。
有源功率因数校正器，是在整流器和负载之间介入一个DC/DC变化器，应用电流反馈技术，使输入端电流波形跟随交流输入正弦电压波形，功率因数可提高到0.99或更高。由于这个方案中，应用了有源器件，故称之为有源功率因数校正器，简称APFC。
2 平均电流法控制法的的设计方案和工作原理
图1给出一个用平均电流控制的Boost功率因数校正器电路原理图。由图1可见，这种功率因数控制模式增加了一个电流误差放大器CA，并组成电流内环，所以为双环控制。另外在电感上检测出电流，而不是检测功率开路电流。
（1）功率因数校正过程由单相整流电路输出的正弦半波电压Ui，经检测电路产生与Ui完全相同的正弦波电流，接至乘法器M一个输入端，由输出电压误差放大器VA的信号，接至乘法器另一个输入端。经乘法器作用的输出信号，既反应输入正弦的变化，又反应输出电流的变化，即输出电流正比于正弦变化电流与误差放大器输出电流的乘积。用这种信号驱动功率开关，可以使输出电流跟踪正弦波电压。
图1 平均电流法控制的Boost功率因数校正器电路原理图
（2）平均电流控制模式电流波形采用平均电流控制模式电流波形如图2所示。在图2（a）中Us为周期固定的谐波电压，而Vc为控制电压，两信号在固定电源频率下相比较，从而产生PWM调制脉冲。
在图2（b）中，iLmax和iLmin分别为电感L的最大电流或最小电流。Iin为电感电流平均值，其频率为两倍交流电源频率，是一个低频正弦，且与交流电压同相位。
由于PWM信号占空比受控于电流误差放大器的输出信号，所以通过电流误差放大器调节占空比，既可使电感电流变化值趋近于平均电流值，又可以使升压器输出电压稳定。
图2 平均电流控制模式电流波形
3 功率因数集成控制器UC3855
为便于研制和生产有源功率因数校正器，现在PFC的控制电路已经集成化。有多种PFC集成电路芯片可供设计、研究人员选用。这里以美国Unitrode集成电路公司生产的UC3855芯片为例，说明PFC集成控制电路基本组成和应用。
3.1UC3855工作原理
UC3855是一种能实现零电压转换的高功率因数校正器集成控制芯片，采用零电压转换电路、平均电流模式产生稳定的、低畸变的交流输入电流，无需斜坡补偿，最高工作频率可达500kHz，其内部有ZVS检测、一个主输出驱动和一个ZVT输出驱动。由于采用软开关技术，可以极大地减小二极管反向恢复时和MOSFET开通时的损耗，从而具有低电磁辐射和高效率的特点。
它与UC3854的主要区别在于以下两点:
（1）当ZVT脉冲发出时，ZVT脉冲封锁GTOUT。当ZVS引脚检测到主开关管的漏源电压
小于2.5V时，ZVT脉冲关闭，同时PWM脉冲GTOUT输出。
（2）电感电流重构。
3.2ZVT－PFC电路原理
图3为ZVTPFC主电路基本原理图。图4是ZVTPFC电路一个开关周期的工作波形图。
4 实验结果
应用UC3855功率因数校正集成芯片，开发了一台3kW的整流电源。实验波形如图5所示，由采样波形可见，当主开关管漏源之间的电压下降到零时，辅助开关管开始关断，同时主开关管开通，继续保持主开关管漏源之间的电压为零。图6为整流装置在输出3.6kW时，电压和电流波形。采用PM300仪器测试装置的性能指标为:输入电压为220V，输出电压为385V，电流8.6A，功率因数为0.999，THD≤5%，效率为97.3%。
①主开关管漏源之间的电压波形
②辅助开关管的驱动波形
图5 实验波形
①电网输入电流波形（10A/格）
②输入电压波形（100V/格）
图6 输入电压和电流波形（二极管整流以后）
5 结束语
本文给出了有源功率因数校正的基本原理，及UC3855芯片的具体应用实例，从ZVTPFC的设计总体来讲，要比硬开关PFC的设计要复杂。但由于ZVT能够使主开关管开通时工作在零电压状态，从而减小了PFC整流部分的开关噪音，降低了系统的EMI，具有很强的实用价值。
参考文献：
1.姚为正等.零电压转换单相PFC整流电路的实验研究.电力电子技术.1998，32（1）:46～48.
2.徐曼珍《新型通信电源》人民邮电出版社
3.电源应用技术王正仕《一种用于APFC的改进型ZVT-BOOT电路》
