消除工频纹波及单级PFC方案1

1消除工频纹波原理 工频纹波通过变压器传递到输出，许多电源控制芯片通过环路来抑制工频纹波这种方案治标不治本会带来动态响应差的副作用，所以最好是从根本上消除工频纹波。
对AC-DC电路进行瞬态分析，在每一时刻不同的输入电压都有一个占空比与之对应使输出电压保持不变，根据这一原理将设计重点放在如何精确控制占空比上。根据下面正激拓扑的安秒平衡及伏秒平衡公式




从断续到连续模式无论电路处于什么状态都可以将占空比计算出来，断续模式下用安秒平衡公式连续模式下用伏秒平衡公式，以下是以这两个公式为依据设计的控制电路特性。
图一 电路工作于连续模式开环控制有稳定的输出电压，对于要求不高的场合可以直接采用这种开环方案。




图一 连续模式下开环控制
2闭环控制的必要性
其一断续模式需采用闭环控制意味着轻载及空载时低功耗，其二闭环反馈环路的高增益可以降低输出纹波使电源到达更高性能。
3电路动态特性
反馈环路的增益，因为工频纹波已经被前级处理了所以后级的反馈环路不需要很高的增益
可变增益，功率部分的增益是占空比D的函数，反馈环路的增益也相应的设计成受占空比控制的可变增益。
占空比采用步进方式，假设负载突变引起一个较大的纹波占空比仍按固定△D步进避免占空比变化过大引起电压过冲，这种方法可以解决高增益与动态响应的矛盾。
通过加入RC延迟电路调整电流的上升斜率防止电流过冲。
通过上述几条，电路除了动态特性得到改善还兼有软启动特性 见图二
空载启动时无明显电压过冲，在10ms时负载由空载（100K电阻）变为满载（1欧姆电阻）电压在恢复过程中也无过冲。





图二 轻载启动、动态特性
第二张图片自上而下分别为PWM信号、输入波形、输出电压、输出电压纹波、输出电感电流
4短路保护 当过载后电路进入断续工作模式既电流模式此时随着负载电阻的减小输出电压降低，输出电压的降低又引起输出电流的减小形成正反馈自动降低输出功率，当负载恢复正常后输出电压也恢复正常见图三，10ms时负载由1欧姆变为0.01欧姆，20ms时负载由0.01欧姆变为1欧姆。



图三 满载启动 短路保护特性。
5单级正激PFC
正激拓扑输入侧电流断续实际应用中需加一个滤波电感。
参数：
输入电压峰值：165V
输入电压频率：200Hz
输入电感：1.9789m
输入电容：20u

输出电压：15V
输出功率：225W
输出电感：100u
输出电容：100u
变压器匝比：1:1
波形如图四







图四 实用的正激电源
第二张图片自上而下分别为输入电压电流波形、输出电感电流、输出电压纹波
反激拓扑的控制方式与正激略有不同，相同参数条件下工频纹波要大于正激。采用PWM控制有一个固有缺陷就是电感电流有波动，通过优化参数可以降低波动降低工频纹波和提高功率因数但无法彻底消除工频纹波，对于AC-DC变换更理想的是采用变频控制即DC-AC控制的反应用