单级功率因数校正在AC.doc

单级功率因数校正在AC-PDP开关电源小型化设计中的应用 杨文贵，神兆旭，林国淑 (西安交通大学电子物理与元器件教育部重点实验室，陕西??? 西安??? 710049） 摘要：传统的交流等离子显示器（ACPDP）开关电源采用的是功率因数校正加DC/DC变换的两级电路。针对其结构复杂，体积较大的缺点，设计了一种单级功率因数变换器，实现了小型化的目的。 关键词：单级功率因数校正；反激变换；彩色交流等离子显示器 　 　 0??? 引言 ??? 随着社会信息化的不断发展以及先进制作工艺的不断提高，作为大屏幕壁挂式电视和高质量多媒体信息显示的终端——彩色交流等离子体显示器（AC-PDP）,其屏幕做得越来越大，功耗越来越小，电路结构越来越简单，成本也越来越低。而电源作为AC-PDP的一个重要组成部分，也向着小型化和简单化的方向发展。 ??? 传统的AC-PDP电源一般采用两级方案，即PFC级＋DC/DC变换的电路拓扑结构。它们分别有各自的开关器件和控制电路。尽管其能够获得很好的性能，但其体积过大，成本太高，电路比较复杂。因此，对其进行小型化改造也成了AC-PDP技术研究的一个方向。 ??? 由于AC-PDP驱动控制电路的复杂性，导致了其开关电源的复杂性。分析可知，不管从传输能量角度还是从所占体积的角度，PFC模块和扫描驱动电极DC/DC变换模块都占有相当大的比例。因此，对这两部分的改造就成为AC-PDP开关电源小型化改造的一个切入点。本文根据单级功率因数校正的工作原理，提出了一种AC-PDP电极驱动电源模块改进方案。 1??? 单级PFC维持电极电源模块的拓扑结构及工作原理 ??? 本文采用的单级功率因数校正变换器电路拓扑结构如图1所示。单相交流电经全波整流后，通过串联两个感性ICS（Input-current shaping）接到双管反激的DC/DC变换单元。 图1??? 主电路拓扑结构 ??? 图中的两个ICS单元完全相同，即LB1=LB2，LD1=LD2，N1p=N1n。采用这种双ICS的单元结构是为了减小储能电容器上的电压以及流过开关管的电流。 ??? 下面通过开关管的动作过程分析整个电路的工作原理以及工作过程。 ??? 1）S1和S2导通期间??? 其简化电路如图2（a）所示。开关管导通，储能电容经图2（a）中右边回路释放电能，反激变换器TR开始储能，iDC由零开始上升。线圈N1p及N1n分别感应产生左负右正和左正右负的电压，D1n和D1p开始导通，D2n和D2p截止。Vin经图2（a）中左边的回路给储能电容CB1及CB2充电，iin开始上升，电感LB1，LB2，LD1，LD2充电。 (a)??? 开关管导通时的电路图 (b)??? 开关管截止时的电路图 图2??? 开关管通断时的简化电路 ??? 因为VLB1=VLB2，VLD1=VLD2，为了分析方便，令 ??? VLB=VLB1＋VLB2=2VLB1VLD=VLD1＋VLD2=2VLD1 在右边的回路中，根据基尔霍夫定律有 ??? VLB＋VLD=Vin－VB0??? （1） 式中：Vin为全波整流后的输出电压，即Vin=Vs|sinωt|； ????? VB=VB1＋VB2； ????? N1为绕组N1n及N1p的匝数； ????? Np为反激变换器原边主绕组的匝数。 又因为 ??? VLB=VLB1＋VLB2=LB1＋LB2??? （2） ??? VLD=VLD1＋VLD2=LD1＋LD2（3） 将式（2）及式（3）代入式（1），可得 ??? (LB＋LD)=Vin－VB??? （4） 所以 ??? = 式中：LB=LB1＋LB2； ????? LD=LD1＋LD2。 ??? 2）S1和S2截止期间 ??? 简化电路图如图2（b）所示。此时iDC等于零，反激变换器给负载供电。线圈N1P及N1n分别感应产生左正右负和左负右正的电压，D1n及D1p反向截止，D2n及D2p续流导通。根据基尔霍夫定律有 ??? VLB=LB=Vin－VB0 所以??? =0 ??? 从上面的分析可知，当VinVB时，D1n，D1p，D2n，D2p全部截止，电流iin为零，电感LB1及LB2中没有电流流过，即回路电流iin存在一个死区θ（dead angle），是不连续的。也就是说，在半个工频周期内，只有一部分时间电感LB的电流连续工作，iLB在半个工频周期内的波形如图3所示。 ??? 由图3可以看出，当输入电压为交流正弦波时，其输入电流为一含有高频纹波的近似正弦波。两者相位基本相同，提高了输入端的功率因数。 图3??? 输入电压电流波形图 2??? 试验结果 ??? 根据4电极42英寸（107cm）彩色