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关闭窗口 Application of Single stage Power Factor Correction for Miniaturization of Switching Power Supply for Plasma Display Panel
YANG Wen- gui, SHEN Zhao- xu, LIN Guo- shu
(Xi′an Jiaotong University, Xi′ an Shaanxi 710049 China)
Abstract:Normally tow stage PFC power supply was used in AC PDP which makes it complex and bulkily. In order to reduce the size and cost, a new single stage PFC converter was designed.
Keywords:single stage PFC； fly back converter； colour AC PDP
0 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 。
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 P F C 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 current shaping) 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 。
在 右 边 的 回 路 中 ， 根 据 基 尔 霍 夫 定 律 有 
式 中 ： Vin为 全 波 整 流 后 的 输 出 电 压 ， 即 Vin＝
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
所 以
式 中 ： LB=LB1＋LB2；
LD=LD1＋LD2。
2) S1和 S2截 止 期 间
简 化 电 路 图 如 图 2( b) 所 示 。 此 时 iDC等 于 零 ， 反 激 变 换 器 给 负 载 供 电 。 线 圈 N1P及 N1n分 别 感 应 产 生 左 正 右 负 和 左 负 右 正 的 电 压 ， D1n及 D1p反 向 截 止 ， D2n及 D2p续 流 导 通 。 根 据 基 尔 霍 夫 定 律 有
D1n， D1p， D2n， D2p全 部 截 止 ， 电 流 iin为 零 ， 电 感 LB1及 LB2中 没 有 电 流 流 过 ， 即 回 路 电 流 iin存 在 一 个 死 区 θ( dead angle) ， 是 不 连 续 的 。 也 就 是 说 ， 在 半 个 工 频 周 期 内 ， 只 有 一 部 分 时 间 电 感 LB的 电 流 连 续 工 作 ，iLB在 半 个 工 频 周 期 内 的 波 形 如 图 3 所 示 。
由 图 3可 以 看 出 ， 当 输 入 电 压 为 交 流 正 弦 波 时 ， 其 输 入 电 流 为 一 含 有 高 频 纹 波 的 近 似 正 弦 波 。 两 者 相 位 基 本 相 同 ， 提 高 了 输 入 端 的 功 率 因 数 。
2 试 验 结 果
根 据 4 电 极 4 2 英 寸( 107 cm)彩 色 PDP驱 动 电 路 的 要 求 ，设 计 驱 动 电 源 模 块 的 参 数 为 ：
输 入 电 压 AC 170～ 250 V；
输 出 电 压 DC 200～ 240 V；
输 出 电 流 1 A。
实 验 电 路 采 用 UC3845作 为 开 关 管 的 控 制 芯 片 ， 开 关 的 工 作 频 率 为 80 kHz。 DC/DC变 换 部 分 采 用 双 管 反 激 电 路 。
实 验 测 得 ， 当 输 入 电 压 为 AC 220 V， 50 Hz， 输 出 功 率 为 240 W( 240 V/1 A) 时 ， 系 统 的 功 率 因 数 为 0.786。 转 换 效 率 为 72.5％ 。 此 时 得 到 输 入 端 的 电 压 电 流 波 形 如 图 4 所 示 。
3 结 语
通 过 比 较 可 知 ， 在 输 出 功 率 相 同 的 情 况 下 ， 单 级 功 率 因 数 校 正 电 路 在 功 率 因 数 校 正 能 力 和 电 源 的 转 换 效 率 等 方 面 ， 相 对 于 两 级 功 率 因 数 校 正 电 路 而 言 ， 相 对 要 差 一 些 。 但 随 着 研 究 的 深 入 ， 新 的 单 级 PFC拓 扑 结 构 和 控 制 方 案 将 不 断 地 被 提 出 ， 单 级 PFC电 路 的 性 能 也 将 逐 步 地 得 以 完 善 。 而 单 级 功 率 因 数 校 正 电路 体 积 小 、 电 路 简 单 的 特 点 使 其 成 为 AC－ PDP开 关 电 源 小 型 化 改 造 的 一 个 首 选 方 案 。
参 考 文 献
[1] Zhang J, Huber L, Lee F C, et al. Single stage Input Current Shaping Technique with Voltagedouble rectifier Front End [J]. IEEE Trans on Power Electronics, 2001,16(1):26－ 33.
[2] 张 占 松 ， 蔡 宣 三 .开 关 电 源 的 原 理 与 设 计 [M].北 京 ： 电 子 工 业 出 版 社 ， 1999.
[3] 倪 敏 芳 .42英 寸 等 离 子 体 显 示 器 开 关 电 源 的 研 制 [D].西 安 交 通 大 学 硕 士 学 位 论 文 ,1999.
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