單級(jí)功率因數(shù)校正在AC-PDP開(kāi)關(guān)電源小型化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

    摘要：傳統(tǒng)的交流等離子顯示器（AC-PDP）開(kāi)關(guān)電源采用的是功率因數(shù)校正加DC/DC變換的兩級(jí)電路。針對(duì)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種單級(jí)功率因數(shù)變換器，實(shí)現(xiàn)了小型化的目的。

    關(guān)鍵詞：單級(jí)功率因數(shù)校正；反激變換；彩色交流等離子顯示器

引言

隨著社會(huì)信息化的不斷發(fā)展以及先進(jìn)制作工藝的不斷提高，作為大屏幕壁掛式電視和高質(zhì)量多媒體信息顯示的終端——彩色交流等離子體顯示器（AC-PDP）,其屏幕做得越來(lái)越大，功耗越來(lái)越小，電路結(jié)構(gòu)越來(lái)越簡(jiǎn)單，成本也越來(lái)越低。而電源作為AC?PDP的一個(gè)重要組成部分，也向著小型化和簡(jiǎn)單化的方向發(fā)展。

傳統(tǒng)的AC?PDP電源一般采用兩級(jí)方案，即PFC級(jí)＋DC/DC變換的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它們分別有各自的開(kāi)關(guān)器件和控制電路。盡管其能夠獲得很好的性能，但其體積過(guò)大，成本太高，電路比較復(fù)雜。因此，對(duì)其進(jìn)行小型化改造也成了AC-PDP技術(shù)研究的一個(gè)方向。

    由于AC?PDP驅(qū)動(dòng)控制電路的復(fù)雜性，導(dǎo)致了其開(kāi)關(guān)電源的復(fù)雜性。分析可知，不管從傳輸能量角度還是從所占體積的角度，PFC模塊和掃描驅(qū)動(dòng)電極DC/DC變換模塊都占有相當(dāng)大的比例。因此，對(duì)這兩部分的改造就成為AC-PDP開(kāi)關(guān)電源小型化改造的一個(gè)切入點(diǎn)。本文根據(jù)單級(jí)功率因數(shù)校正的工作原理，提出了一種AC-PDP電極驅(qū)動(dòng)電源模塊改進(jìn)方案。

1 單級(jí)PFC維持電極電源模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理

本文采用的單級(jí)功率因數(shù)校正變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。單相交流電經(jīng)全波整流后，通過(guò)串聯(lián)兩個(gè)感性ICS（Input?currentshaping）接到雙管反激的DC/DC變換單元。

圖中的兩個(gè)ICS單元完全相同，即LB1=LB2，LD1=LD2，N1p=N1n。采用這種雙ICS的單元結(jié)構(gòu)是為了減小儲(chǔ)能電容器上的電壓以及流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流。

下面通過(guò)開(kāi)關(guān)管的動(dòng)作過(guò)程分析整個(gè)電路的工作原理以及工作過(guò)程。

1）S1和S2導(dǎo)通期間其簡(jiǎn)化電路如圖2（a）所示。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，儲(chǔ)能電容經(jīng)圖2（a）中右邊回路釋放電能，反激變換器TR開(kāi)始儲(chǔ)能，iDC由零開(kāi)始上升。線圈N1p及N1n分別感應(yīng)產(chǎn)生左負(fù)右正和左正右負(fù)的電壓，D1n和D1p開(kāi)始導(dǎo)通，D2n和D2p截止。Vin經(jīng)圖2（a）中左邊的回路給儲(chǔ)能電容CB1及CB2充電，iin開(kāi)始上升，電感LB1，LB2，LD1，LD2充電。

    因?yàn)閂LB1=VLB2，VLD1=VLD2，為了分析方便，令

VLB=VLB1＋VLB2=2VLB1VLD=VLD1＋VLD2=2VLD1在右邊的回路中，根據(jù)基爾霍夫定律有

VLB＋VLD=Vin－VB(1-2N1/Np)>0   （1）

式中：Vin為全波整流后的輸出電壓，即Vin=

Vs|sinωt|；

VB=VB1＋VB2；

N1為繞組N1n及N1p的匝數(shù)；

Np為反激變換器原邊主繞組的匝數(shù)。

又因?yàn)?/P>

VLB=VLB1＋VLB2=LB1(diin/dt)＋LB2(diin/dt)   （2）

VLD=VLD1＋VLD2=LD1(diin/dt)＋LD2(diin/dt)   （3）

將式（2）及式（3）代入式（1），可得

(LB＋LD)(diin/dt)=Vin-(1-2N1/Np)VB（4）

所以

diLB/dt=Vin-(1-2N1/Np)VB/(LB+LD)

式中：LB=LB1＋LB2；

LD=LD1＋LD2。

2）S1和S2截止期間

簡(jiǎn)化電路圖如圖2（b）所示。此時(shí)iDC等于零，反激變換器給負(fù)載供電。線圈N1P及N1n分別感應(yīng)產(chǎn)生左正右負(fù)和左負(fù)右正的電壓，D1n及D1p反向截止，D2n及D2p續(xù)流導(dǎo)通。根據(jù)基爾霍夫定律有

VLB=LB=Vin－VB<0所以=<0

所以diLB/dt=(Vin-VB)LB<0

從上面的分析可知，當(dāng)Vin（deadangle），是不連續(xù)的。也就是說(shuō)，在半個(gè)工頻周期內(nèi)，只有一部分時(shí)間電感LB的電流連續(xù)工作，iLB在半個(gè)工頻周期內(nèi)的波形如圖3所示。

由圖3可以看出，當(dāng)輸入電壓為交流正弦波時(shí)，其輸入電流為一含有高頻紋波的近似正弦波。兩者相位基本相同，提高了輸入端的功率因數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)4電極42英寸（107cm）彩色PDP驅(qū)動(dòng)電路的要求，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源模塊的參數(shù)為：

輸入電壓AC170～250V；

輸出電壓DC200～240V；

輸出電流1A。

實(shí)驗(yàn)電路采用UC3845作為開(kāi)關(guān)管的控制芯片，開(kāi)關(guān)的工作頻率為80kHz。DC/DC變換部分采用雙管反激電路。

實(shí)驗(yàn)測(cè)得，當(dāng)輸入電壓為AC220V，50Hz，輸出功率為240W（240V/1A）時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)為0.786。轉(zhuǎn)換效率為72.5％。此時(shí)得到輸入端的電壓電流波形如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)比較可知，在輸出功率相同的情況下，單級(jí)功率因數(shù)校正電路在功率因數(shù)校正能力和電源的轉(zhuǎn)換效率等方面，相對(duì)于兩級(jí)功率因數(shù)校正電路而言，相對(duì)要差一些。但隨著研究的深入，新的單級(jí)PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方案將不斷地被提出，單級(jí)PFC電路的性能也將逐步地得以完善。而單級(jí)功率因數(shù)校正電路體積小、電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)使其成為AC?PDP開(kāi)關(guān)電源小型化改造的一個(gè)首選方案。