0 引言

開關電源已成為電網最主要的諧波源之一[1]。為了減小開關穩壓電源對供電電網的污染和對外部電子設備的干擾，電源中普遍采用了功率因數校正(power factor correction，PFC)技術。功率因數校正技術的作用是在電網與負載之間插入校正環節，使輸入電流波形逼近輸入電壓波形，以提高功率因數并限制開關電源的諧波電流對電網的污染[2]。

在目前廣泛應用的通信電源中，功率級電路拓撲一般分為兩級，前級是功率因數校正電路，后級是DC/DC變換電路[3]。這種對功率分別進行兩級變換的控制會造成控制電路設計復雜。

本文中，基于功率因數校正和脈寬調制穩壓變換一體的開關電源控制芯片UCC38500，采用電壓和電流的雙閉環控制方式設計了一臺輸出電壓48 V，輸出功率300 W 的功率因數校正電源樣機。文中討論了該樣機的設計與控制，給出了試驗結果。

1 工作原理

圖1給出所設計的樣機的電路原理框圖。前級采用Boost拓撲結構的PFC 電路，在實現功率因數校正的同時把輸入電壓提升到直流385 V;后級為應用雙管正激拓撲結構的PWM 電路，把385 V直流母線電壓降低到48 V，實現輸入與輸出的電氣隔離。

前級功率因數校正環節基于平均電流控制原理，采用電壓控制環和電流控制環的雙閉環控制方式，其中電壓控制環使Boost電路輸出的直流母線電壓更穩定;電流控制環使輸入電流接近正弦波。控制過程如下：經取樣的直流母線電壓與基準電壓信號相比較，通過電壓誤差放大器輸出電壓誤差放大信號。該信號與取樣后的電源正弦半波信號相乘，作為電流誤差放大器的基準電流信號。被檢測的電感電流，在電壓誤差放大器中與基準電流相比較，經電流誤差放大器后與給定的鋸齒波比較，提供某一數值的占空比信號，經驅動器輸出驅動信號，驅動開關管，這就形成了電流環。電流誤差能被迅速而精確地校正，從而保證電流控制精度。

后級DC/DC 功率級變換也采用雙閉環控制方式。電流內環采用峰值電流控制模式，對開關電流的峰值進行逐個脈沖采樣控制。電壓誤差放大器輸出信號，通過光耦隔離，產生電流參考信號。被采樣電阻檢測的開關電流與電流參考信號比較，經驅動器輸出兩路隔離的驅動信號。

2 電路設計

電路設計基于UCC38500 控制芯片，其PFC 與PWM的開關頻率比為1∶1。設計的主要電路參數為：

輸入電壓uin=100~265 V;直流母線電壓VBoost=385 V;

電路的開關頻率為fS=50 kHz;功率因數PF≈1;輸出功率PO=300 W;輸出電壓VO=48 V。

2.1 前級PFC設計

2.1.1 升壓電感的設計

升壓電感的大小由PO、紋波電流駐I、占空比D、fS及Vin(min)確定。有如下關系式

駐I=1.2 A，Dmax=0.63，LBoost=1.48 mH。

2.1.2 電壓控制環的設計

要求電壓外環的帶寬遠小于100 Hz的正弦半波頻率fR，實際設計的電壓外環帶寬為fVI=8.7 Hz。電壓控制環的有效補償可以使得系統更加穩定，而且可以減小系統的總諧波畸變[6]。電壓誤差放大器的增益GVA=0.014。圖2是電壓誤差放大器的電路結構圖。

電壓誤差放大器中各元件參數由式(4)、式(5)和式(6)確定

2.1.3 電流控制環設計

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