功率因数校正器的辅助电路设计
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2020-10-19
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功率因数校正器的辅助电路设计功率因数校正器的辅助电路设计
对功率因数校正器辅助电路中的滤波电路设计、起动电流抑制电路的设计和开关的浪涌吸收保护电路的设计进
行了分析。重点介绍了该辅助电路的设计思想，工作原理及特点。
1 引言引言
近20年来电力电子技术得到了飞速的发展，已广泛应用到电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。电力电子装置
多数通过整流器与电力网接口，经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路，在电网中产生大量电流谐波和无功
污染了电网，成为电力公害。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。因此近年来功率因数校正（PFC）电路
得到了很大的发展，成为电力电子学研究的重要方向之一。而在
2 主要技术指标主要技术指标
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
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
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
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