變頻空調中基于UCC3818的APFC電路設計

摘    要：本文介紹了較大功率變頻空調的一種APFC方案。它應用升壓電路，采用平均電流控制，使功率因數(shù)達到0.99以上。結果表明，方案具有較高的可靠性。
關鍵詞：APFC；平均電流控制；變頻空調

引言
變頻空調中，其AC/DC變換大都采用二極管整流和大容量電容器組成的整流濾波單元與供電電網(wǎng)直接相連。其功率因數(shù)一般為0.7左右，同時輸入電流諧波大，特別是奇次諧波尤為突出。本文基于升壓拓撲電路結構，以UCC3818為PFC控制核心，介紹了如何計算及設置其控制參數(shù)，并將該電路應用于變頻空調中去實現(xiàn)其功率因數(shù)校正，使各次諧波電流含量均滿足CCC認證標準。

PFC的基本原理及控制方法
實現(xiàn)PFC可以采用無源和有源兩種控制方式。無源控制方式由電感和電容構成，特點是簡單、易實現(xiàn)，但很難實現(xiàn)高功率因數(shù)，所以應用在系統(tǒng)功率較小或對功率因數(shù)要求不太嚴格的場合；而有源控制方式很容易實現(xiàn)近似為1的功率因數(shù)，所以應用在系統(tǒng)功率較大和對功率因數(shù)要求很高的場合。有源功率因數(shù)校正(APFC)與其它轉換式電源一樣，是通過脈寬調制來實現(xiàn)的。
單相APFC電路可以采用多種拓撲結構實現(xiàn)，如升壓、降壓等。升壓電路結構簡單，控制器容易實現(xiàn)；且輸入電流連續(xù)，傳導噪聲較小。因此通常采用升壓拓撲結構構建單相APFC。其結構通常是在橋式整流之后增加一個升壓電路，如圖1所示。通過功率開關元件的開關作用，使輸入的電流變成與電網(wǎng)電壓幾乎完全同相的正弦波，電流畸變率降到5％以下，功率因數(shù)提高到0.99或更高。根據(jù)APFC電路輸入檢測和控制方式的不同，用升壓變換器構成的APFC電路可分成：電感電流不連續(xù)模式(DCM)工作和電感電流連續(xù)模式(CCM)工作兩大類。在CCM模式下常用的控制方法有三種，即峰值電流型控制、滯環(huán)電流型控制和平均電流型控制。
平均電流型控制以整流器輸出電壓和電壓環(huán)的誤差放大電器輸出電壓為電流內環(huán)的基準輸入，反饋輸入電流信號可通過回路中的取樣電阻直接檢測，與電流基準信號運算后，其高頻分量在電流誤差放大環(huán)節(jié)被平均化處理。放大的平均電流誤差與一定振幅的鋸齒波比較后，決定了功率開關驅動信號的占空比。于是，電流環(huán)調整輸入電流的平均值，使與整流器輸入電壓同相位，并且為正弦波。電壓環(huán)的控制使升壓電路的輸出電壓恒定，對后級起到預穩(wěn)壓的作用。在平均電流型控制模式下，工頻輸入電流的瞬時值是高頻電流的平均值。由于電流誤差放大器的存在，電感電流峰值和平均值的誤差很小，這個平均值和輸入電壓的關系是線性的，因此容易獲得良好的諧波抑制效果。而且，由于誤差電壓是和一個較大振幅的鋸齒波相比較，提高了系統(tǒng)的噪聲容限。即使在極低的負載時，電路工作在DCM模式，電流誤差放大器較高的增益也能使占空比在大范圍內變化，保持電感平均電流和輸入電源電壓的線性對應關系。

電路設計實例及過程
本文中，技術指標為輸入電壓Vin=220