高功率因数开关稳压电源

摘要：本文设计和分析了一种开关稳压电源的基本原理，介绍了它的电路结构及稳压过程。以功率因数控制芯片SG3561A为核心，具有调压范围宽、输出电流大、稳压精度高、控制性能优良的特点。采用高频开关稳压，调整管是断续地工作在导通和截止状态。其稳定、高效、节能等优良性能而成为稳压电源的主要产品。

关键词：开关，稳压，功率因数校正

1.开关稳压电源

1.1开关稳压电源概述

现在，电子技术和应用迅速地发展，对电子仪器和设备的要求是：性能上，更加安全可靠，在功能上，不断地增加。在使用上自动化程度越来越高。在体积上，要日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关稳压电源就显得更加重要了。所以，开关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的应用，发挥了巨大的作用。其稳定、高效、节能等优良性能而成为稳压电源的主要产品。

1.1.1开关稳压电源的工作原理

开关稳压电源是由全波整流器，开关管，触发信号，续流二极管，储能电感

和滤波电容组成。实际上，开关稳压电源的核心部分是一个直流变压器。

逆变器，它是把直流转变为交流的装置。逆变器通常被广泛地应用在采用电瓶或电池组成的备用电源中。 直流变换器，它是把直流转换成交流的装置，这种装置被广泛地应用在开关稳压电源中。采用直流变换器可以把一种直流供电电

压变换成极性、数值各不同的多种直流供电电压。

1.1.2开关稳压电源的优点

(1)功耗小，效率高。(2)体积小，重量轻。 (3)稳压范围宽。 (4)滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。 (5)电路形式灵活多样。

开关电源是一个重要的电磁干扰源，所以减少和抑制开关电源的电磁发射成为3C认证中的关键，也是开关电源设计中的重要课题。开关电源中的功率开关管在高频下的通、断过程产生大幅度的电压和电流跳变，从而产生强大的电磁干扰。滤波是压缩干扰频谱的基本手段，抗EMI滤波器是EMC技术的基础元器件之一。在开关电源的滤波器设计中，磁性元件：电感的材料选取及电感取值的设定，对于开关电源的电磁兼容设计至关重要。

1.1.3开关稳压电源的缺点

开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，开关管产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。

1.2开关电源的分类

1.2.1按不同方式划分

(1)按激励方式划分：他激式和自激式。

(2)按调制方式划分： 脉宽调制型，频率调制型和混合调制型。

(3)按开关管电流的工作方式划分;开关型和谐振型。

(4)按开关晶体管的类型划分：晶体管型和可控硅型。

(5)按储能电感与负载的连接方式划分： 串联型和并联型。

(6)按晶体管的连接的连接方式划分;单端式，推挽式，半桥式和全桥式。

(7)按输入与输出的电压大小划分：升压式和降压式。

(8)按工作方式划分：可控整流型，斩波型和 隔离型。

(9)按电路结构划分：散件式和集成电路式。

1.2.2开关电源还可以分为软开关和硬开关：

硬开关是采用脉宽调制方式控制电子开关的开关变换器，开关按外加控制脉冲而通断，控制与本身流过的电流、二端所加的电压无关。由于硬开关关断和开通时，开关上同时存在电压和电流，损耗比较大，但比串联电阻变换方法损耗小得多。这就是开关电源的优点之一。

软开关是用控制方法使电子开关在其两端电压为零是导通电流，或使电流过电子开关电流零时关断。

1.2.3功率因数校正

提高AC-DC(高频开关整流电源)开关电源的输入端功率因数，可用有源或无源功率因数校正(PFC)技术。无源校正技术简单，即应用LC滤波网络，可以满足IEC1000-3-2标准，功率因数可以达到0.92以上，只不过滤波网络体积重量较大。有源校正技术是在输入整流和 DC-DC功率变换之间加一级有源功率因数校正(APFC)电路，实际上也是一种DC-DC变换器，利用控制电路(现在有专用集成控制芯片)，使输入端电流波形接近正弦并保持与电压同相， 从而使输入端功率团数接近于1，电路成本约增加 20%。下面主要对有源功率因数校正技术进行分析。

2.功率因数

2.1 功率因数校正技术的定义

有源高功率因数开关型稳压电源采用以有源功率因数控制IC为中心的AC/DC前置变换器，不仅可得到高度稳定的直流电压，而且可有效地抑制谐波含量，大大地改善开关稳压电源的功率因数，使之达到接近1的水平。

功率因数(PF)的定义：功率因数可以定义为输入电流失真系数( )与相移因数( )的乘积。可见功率因数(PF)由电流失真系数( )和基波电压、基波电流相移因数( )决定。 低，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。同时， 值低，则表示输入电流谐波分量大，将造成输入电流波形畸变，对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电，还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。

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