有源功率因数校正原理|单级功率因数校正在AC-PDP开关电源小型化设计中的应用

    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

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。
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    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currentshaping）接到双管反激的DC/DC变换单元。

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。

    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－VB(1-2N1/Np)>0   （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(diin/dt)＋LB2(diin/dt)   （2）

VLD=VLD1＋VLD2=LD1(diin/dt)＋LD2(diin/dt)   （3）

将式（2）及式（3）代入式（1），可得

(LB＋LD)(diin/dt)=Vin-(1-2N1/N

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