在直流變換中不產(chǎn)生電能形式變化，只產(chǎn)生直流電參數(shù)的變化。DC/DC變換器具有成本低、重量輕、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，因此，在工業(yè)領(lǐng)域和實(shí)驗(yàn)室得到了廣泛應(yīng)用。單象限直流電壓變換器電路的特點(diǎn)是輸出電壓平均值Uo跟隨占空比D值而變，但不管D為何值，Uo的極性則始終不變，這對于直流開關(guān)穩(wěn)壓電源一類的應(yīng)用場所是能夠滿足要求的。但對于直流調(diào)速電源，負(fù)載為直流電動機(jī)時，上述性能便不能滿足要求，因而發(fā)展了多象限直流電壓變換電路。boost是一種開關(guān)直流升壓電路，它可以是輸出電壓比輸入電壓高。該電路的電感電流即為輸入電流，因而容易調(diào)節(jié)；同時開關(guān)管門極驅(qū)動信號地與輸出共地，故驅(qū)動簡單；此外，由于輸入電流連續(xù)，開關(guān)管的電流峰值較小，因此，對輸入電壓變化適應(yīng)性強(qiáng)。

　　儲能電感在Boost電路起著關(guān)鍵的作用。一般而言，其感量較大，匝數(shù)較多，阻抗較大，容易引起電感飽和，發(fā)熱量增加，嚴(yán)重威脅產(chǎn)品的性能和壽命。因此，對于儲能電感的設(shè)計(jì)，是Boost電路的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本文基于ST公司的L6562設(shè)計(jì)了一種Boost電路，并詳細(xì)分析了磁性元器件的設(shè)計(jì)方法。

　　1 Boost電路的基本原理

　　Boost電路拓?fù)淙鐖D1所示。圖中，當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時，電流，IL流過電感線圈L,在電感線圈未飽和前，電流線性增加，電能以磁能的形式儲存在電感線圈中，此時，電容Cout放電為負(fù)載提供能量；而當(dāng)開關(guān)管T關(guān)斷時，由于線圈中的磁能將改變線圈L兩端的電壓VL卡及性，以保持其電流IL不突變。這樣，線圈L轉(zhuǎn)化的電壓VL與電源Vin串聯(lián)，并以高于輸出的電壓向電容和負(fù)載供電，如圖2所示是其電壓和電流的關(guān)系圖。

　　分析圖2，可得：

　　式(2)即為Boost電路工作于連續(xù)模式和臨界模式下的基本公式。

　　2 臨界狀態(tài)下的Boost-APFC電路設(shè)計(jì)

　　有源功率因數(shù)校正（APFC） 電路主要是在整流器與輸出電容器之間串聯(lián)有源功率控制器，使AC/ DC 變換器的輸入電流和輸入電壓為同頻同相的正弦波，從而功率因數(shù)接近1 ,且輸出電壓穩(wěn)定。升壓型APFC 預(yù)調(diào)整器電路中主要有兩個控制環(huán)（外部電壓控制環(huán)和內(nèi)部電流控制環(huán)） 和一個乘法器。乘法器為內(nèi)部電流控制回路提供參考電流ISET ,用以控制變換器經(jīng)過整流的輸入電流，使電路的輸入電流保持正弦波形狀，并維持輸出電壓UO 恒定。乘法器的兩路輸入IVM1 、IVM2參與ISET的運(yùn)算。IVM1是變換器輸入電流振幅參考值，來自外部電壓控制環(huán)中誤差放大器的輸出； IVM2是經(jīng)過整流的輸入電流參考波形，可直接取自整流后的輸入電壓。變換器中電流控制環(huán)具有較高的控制速率，而起決定作用的電壓控制環(huán)控制速率較低，輸入電流平均值的大小由內(nèi)環(huán)控制。

　　基于L6562的臨界工作模式下的Boost-APFC電路的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，圖4所示是其APFC工作原理波形圖。

　　利用Boost電路實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)的原理是使輸入電流跟隨輸入電壓，并獲得期望的輸出電壓。因此，控制電路所需的參量包括即時輸入電壓、輸入電流及輸出電壓。乘法器連接輸入電流控制部分和輸出電壓控制部分，輸出正弦信號。當(dāng)輸出電壓偏離期望值，如輸出電壓跌落時，電壓控制環(huán)節(jié)的輸出電壓增加，使乘法器的輸出也相應(yīng)增加，從而使輸入電流有效值也相應(yīng)增加，以提供足夠的能量。在此類控制模型中，輸入電流的有效值由輸出電壓控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)調(diào)制，而輸入電流控制環(huán)節(jié)使輸入電流保持正弦規(guī)律變化，從而跟蹤輸入電壓。本文在基于此類控制模型下，采用ST公司的L6562作為控制芯片，給出了Boost-APFC電路的設(shè)計(jì)方法。

　　L6562的引腳功能如下：

　　L6562的引腳功能如下：  INV:該引腳為電壓誤差放大器的反相輸入端和輸出電壓過壓保護(hù)輸入端；

　　COMP:該引腳同時為電壓誤差放大器的輸出端和芯片內(nèi)部乘法器的一個輸人端。反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)接在該引腳與引腳INV之間；

　　MULT:該引腳為芯片內(nèi)部乘法器的另一輸入端；

　　CS:該腳為芯片內(nèi)部PWM比較器的反相輸入端，可通過電阻R6來檢測MOS管電流；

　　ZCD:該腳為電感電流過零檢測端，可通過一限流電阻接于Boost電感的副邊繞組。R7的選取應(yīng)保證流入ZCD引腳的電流不超過3 mA;

　　GND:該引腳為芯片地，芯片所有信號都以該引腳為參考，該引腳直接與主電路地相連；GD:為MOS管的驅(qū)動信號輸出引腳。為避免MOS管驅(qū)動信號震蕩，一般在GD引腳與MOS管的柵極之間連接一十幾歐姆到幾十歐姆的電阻，電阻的大小由實(shí)際電路決定；

　　VCC:芯片電源引腳。該引腳同時連接于啟動電路和電源電路。

　　圖5給出了由L6562構(gòu)成的APFC電源的實(shí)際電路圖。圖中，輸入交流電經(jīng)整流橋整流后變換為脈動直流，作為Boost電路的輸入；電容C4用以濾除電感電流中的高頻信號，降低輸入電流的諧波含量；電阻R1和R2構(gòu)成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，用以確定輸入電壓的波形與相位，電容C10用以慮除3號引腳的高頻干擾信號；Boost電感L的一個副邊繞組。

　　3 Boost電感的設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)采用AP法則來設(shè)計(jì)Boost電感。其原理是首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算所需電感：

　　式中，Virms為輸入電壓有效值；Vo為輸出電壓，fsw(min)為MOS管的工作頻率，通常在20kHz以上；Pi為輸入功率。計(jì)算要求的AP值為：

　　式中，Ku為磁芯窗口利用率，Jc為電流密度，IL(pk)為電感電流峰值。

　　根據(jù)(4)式的計(jì)算結(jié)果可選擇磁芯的AP值(大于AP_req，AP=AeAw，單位為m4)。

　　然后根據(jù)所選磁芯來計(jì)算原邊匝數(shù)及所需氣隙。副邊匝數(shù)一般按10：1選取。

　　4 實(shí)驗(yàn)波形分析

　　為了驗(yàn)證以上設(shè)計(jì)的合理性，本文設(shè)定輸入電壓為187 V，輸入電壓為264 V，輸入頻率為50 Hz，輸出電壓為400 V，PF=0．99，效率為87％，輸出功率26．5 W，工作頻率為65 kHz來進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)，同時根據(jù)計(jì)算，并通過IL(pk)=465．3 mA來選取導(dǎo)線為mm，Jc=4／mm2，L=2．99 mH(L=2．7 mH時，驗(yàn)證頻率為72 kHz>65 kHz，可滿足設(shè)計(jì)要求)。

　　設(shè)Ku=0．3，δBmax=0．3T，由(4)式計(jì)算得：

AP_req(min)=6．64×10-10m4

　　這樣，可選擇磁芯EE16／6／5，其AP=7．5×10-10m4，可滿足設(shè)計(jì)要求；而由(5)式計(jì)算得Np=218．1匝，取215匝，并驗(yàn)證δBmax=0．304T，氣隙lgap=0．41 mm。

　　根據(jù)以上計(jì)算參數(shù)所搭建的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠磉M(jìn)行的結(jié)果如圖6所示。

　　由圖6可見，輸入電流能良好的跟隨輸入電壓，且電流電壓相位差接近于零，故可實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)的控制。另外，MOSFET的電流是一種高頻三角波，其包絡(luò)為輸入電壓。由于MOSFET可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，能有效減小開關(guān)損耗。根據(jù)測試結(jié)果，該電路的PF可達(dá)0．998以上，THD在5％以下。

　　5 結(jié)束語

　　本文基于L6562芯片設(shè)計(jì)了Boost高功率因數(shù)電路，并引用AP法則設(shè)計(jì)其關(guān)鍵元器件——Boost電感。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該電路啟動電流小，外圍元器件少，成本低廉，能同時滿足電源系統(tǒng)重量輕，穩(wěn)定性好，可靠性高等要求。實(shí)驗(yàn)證明，AP法則是一種快速準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法。