0 弁言
对付一款功率因数大于0.9的不雅观光电动车充电器，采取传统的不控二极管整流+DC/DC变换器显然不能知足哀求。无源功率因数常日只能校正到0.8旁边，而且谐波含量仅能降落50%旁边[1]。有源功率因数校正（APFC）技能通过掌握开关器件构成开关电路对输入电流的波形进行掌握，它可以使输入电流波形跟踪输入电压波形而得到靠近于1的功率因数，谐波含量也降落至5%以下。在APFC的各种掌握办法中，均匀电流掌握办法电流环有较高的增益带宽，对噪声不敏感、稳定性高，得到了广泛运用[2]。采取均匀电流掌握APFC+DC/DC变换器可以知足设计哀求。德州仪器的UCC3818A系列供应了APFC预调节器所需的全部必要功能，同时还具有低启动电流、低功耗、过压保护、低压锁存检测电路等功能，可以提高电路的可靠性和安全性。本文针对UCC3818A构成的Boost开关拓扑实现的600 W APFC电路进行先容。紧张参数如下：输入电压AC 85 V~265 V；输出电压DC 380 V±1%；输入功率因数0.9以上；满载效率94%以上。
1 UCC3818A的内部构造和事情事理
UCC3818A是一款基于BiCMOS工艺，均匀电流模式的升压掌握器，用于高功率因数和高效率的电源设计[3]。图1为其内部构造事理图。引脚15（VCC）和引脚1（GND）分别为供电电源接口和地，引脚9（VREF）为系统电路供应一个7.5 V的参考电压。引脚12（RT）和引脚14（CT）用来设定电路的开关频率。引脚10（OVP/EN）为过压保护和使能引脚，通过外部的一个分压电路来设置过压保护点。引脚2（PKLMT）为峰值电流限定检测引脚。引脚11（VSENSE）为输出电压检测引脚，引脚4（CAI）为电流放大器的反相输入端，引脚8为前馈电压端。引脚6（IAC）是仿照乘法器的一个输入端，它输入的是瞬态母线电压的一个等比例的电流。引脚3（CAOUT）是宽带宽运算放电器的输出端，用来检测母线的电压并且通过决定PFC调制器的波形宽度来确定占空比。引脚16（DRVOUT）是开关的驱动端，升压开关的输出驱动是一个图腾柱的MOSFET栅极驱动。引脚5（MOUT）是仿照乘法器的输出端，也是电流放大器的反相输入端。引脚13（SS）为软启动掌握端，在使能情形下，SS用一个电流源给一个外部电容充电。这个电压作为启动时的电压偏差旗子暗记，确保PWM占空比缓慢增加。引脚7（VAOUT）是比例放大器的输出引脚，它管理输出电压，由电压偏差放大器构成的电压环路来使有源功率因数校正电路输出稳定的电压，由电流偏差放大器构成的电流掌握环路来使电流波形靠近于正弦波。乘法器能够合理地事情是设计的关键，UCC3818A的乘法器的输出是代表所须要的输入电流的一个旗子暗记，它同时也是电流放大器的输入端，其设定电流环掌握输入电流从而得到高功率因数。
主功率变换电路如图2所示，IAC真个输入电流和母线电压等比例，其作为基准电流。电感电流经由R23转换为电压旗子暗记，由CAI检测且与乘法器输出作比较后，通过电流偏差放大器被均匀化处理。放大后的均匀电流偏差与锯齿波旗子暗记进行比较后，为开关管Q6供应PWM驱动旗子暗记，并决定了其应有的占空比，使电感电流逼近电感均匀电流。
2 关键电路参数确定与设计
2.1 BOOST电感设计
输入功率最大和输入电压最低时，流经电感的电流最大，此时的纹波电流也最大，它必须知足设计哀求。最大占空比为：
由于PFC电路的输入电流含有大量的高频纹波电流，输入电流的纹波过高会增加输入滤波器的包袱；由于高频纹波电流叠加在电感电流上，因此功率器件的容量是峰值电感电流加上1/2的纹波电流峰值；过小的电感值随意马虎使PFC电路电感电流在不连续状态下事情[4]。考虑到上面三个方面的缘故原由，升压电感所须要电感量为：
个中，fs为开关频率，fs=100 kHz；铁硅铝磁芯具有在大电流下不易饱和及低损耗的特点[5]，以是本设计采取铁硅铝磁芯。按照电感磁芯的选择因子LI2并履历证可以选择适宜的铁硅铝磁芯型号77191。
2.2 输出电容设计
功率容量和电压的范围及在AC掉电后须要给负载坚持的韶光?驻t决定了输出电容的大小。其公式为：
在实际运用中，由于输出纹波电压限定了输出电容的ESR（Equivalent Series Resistance），以是打算出来的电容值每每是不足用的。增长一些低ESR值的电容在利用大ESR电容时是必须的。
2.3 电压环补偿电路设计
母线二次谐波频率在输出电容上产生纹波，进而造成谐波失落真。这个纹波通过一个偏差放大器反馈回去并以三次谐波纹波的形式在乘法器的输入端口表现出来。为了增加稳定性和衰减该纹波造成的总谐波失落真，电压环必须要补偿，补偿电路如图3所示。首先要决定许可输出电容上有多大的纹波，然后再设计补偿网络来得到所须要的谐波失落真（许可电压环有0.75%的谐波失落真）。峰值二次谐波电压可以由下面公式得出：
个中，fR为二次谐波的频率。增益可以由下式得出：
由RIN、CF、CZ和RF来组成这个滤波电路，个中RIN是输入阻抗。电容Cf是由下式决定的：
电阻Rf设定了偏差放大器的DC增益并且决定了偏差放大器极点的频率。通过设定环路增益的方程即是1来找到极点的位置。这个频率和输入功率有关，可以通过下式打算出：
由于电压放大器的低输出阻抗，增加电容CZ和RF串联来减少电压分压器的动态负载。为了担保电压环穿越fVI，选择CZ在fVI/10处增加一个零点。对付该设计，CZ取2.2 μF。下面的公式可以用来打算CZ。
2.4 电流环补偿电路设计
电流环补偿电路如图4所示，功率级的增益为：
个中，VP是振荡斜坡的电压摆幅，对付UCC3818A来说是4 V。设置交越频率为1/10的开关频率，这须要一个功率级的增益，在该频率点为0.383。为了使系统在交越频率点得到增益为1，电流放大器须要在该频率下得到1/GID的增益。定义GEA为电流放大器的增益：
2.5 乘法器设计
乘法器的输入端是VAOUT、IIAC和VVFF。乘法器的输出端可以由式（18）表示：
个中，K是一个常量，即是1/V。
式（18）可以用来打算VFF引脚的电阻（RVFF），进而完成功率限定功能。
个中，VIN（min）是输入电压最小有效值，RIAC是连接在IAC引脚和整流后母线的总的电阻。
由于VFF电压是从母线电压上得到的，以是其必须要经由很好的滤波来降落经整流后的120 Hz的母线电压造成的谐波失落真。一个单极性的滤波器对付该设计来说就能够完成任务。假设对付二次谐波来说分配1.5%的输入总谐波失落真，并且二次谐波的纹波占输入AC母线的66%，那么次谐波的衰减量该当为：
3 测试结果
利用Tektronix DPO4054数字示波器和Chroma 66202电参量测试仪对电路进行测试。测试场景如图5所示，可以看到此时的输出电压是378 V，输出电流是1.59 A，那么输出功率为601 W。此时的输入参数如图6所示，其输入功率为638.16 W（含10 W赞助电源输入功率），输入PF为0.984 4，输入电压为AC 220 V，输入电流为2.94 A，效率为94.2%，知足设计哀求；如果撤除赞助电源引起的功率因数丢失，那么PF会更加靠近于1。图7为输入电压（上）和电流（下）的波形图，可以看到电流波形较紧地跟随着电压波形。
4 结论
本文对UCC3818A事情事理进行了简要的剖析；阐述了外围电路中关键元器件的参数的设计方法。结合UCC3818A的内部特性，对电路中电压环、电流环、乘法器等紧张功能电路进行了理论设计。制作了600 W的APFC模块并对其理论设计进行了验证。结果表明，该模块特性可以知足PF哀求在0.9以上的电动不雅观光车充电器的哀求。如果采取更高耐压的器件，将赞助电源的输入置于APFC的输出，可以避免本模块中因赞助电源引起PF值丢失，从而可以得到更高的PF值。
参考文献
[1] 万辉，张捍东，黄丹.有源功率因数校正掌握技能现状与发展[J].电工电气，2013（3）：1.
[2] 贲洪奇，张继红，刘桂花，等.开关电源中的有源功率因数校正技能[M].北京：机器工业出版社，2010.
[3] UCC3817A/18A Bicmos PFC[EB/OL].（2009-3-26）[2014-10-02].http：//www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/ucc3818a.pdf.
[4] 王建飞，付纯菲.基于UCC3818大功率APFC电源设计[J].变频器天下，2013（8）：52.
[5] 王居德，赵恒飞，刘颖力，等.铁硅铝磁芯升压电感的设计[J].磁性材料及器件，2011（8）：53-54.
