3500W與6000W高檔開關(guān)電源的剖析

1、3500W與6000W高檔開關(guān)電源的剖析劉勝利 （深圳中電公司電力所，廣東    深圳    518031） 摘要：剖析了直流輸出48V/70A與350V/10A兩種3500W和48V/112A與350V/17A兩種6000W高檔開關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)與元器件應(yīng)用特點(diǎn)，并提出了有待繼續(xù)分析的問題。 關(guān)鍵詞：功率因數(shù)校正；Buck-Boost變換器；分段式控制 1   引言 在2001年7月，有位電源技術(shù)愛好者送來(lái)了兩種據(jù)稱是“軍用絕密級(jí)”的高檔電源各2臺(tái)，希望我能作專題解剖，深入分析，以消化吸收其先進(jìn)技術(shù)。

2、該電源鐵殼上的銘牌標(biāo)明，是IBM公司的“Bulk”大型艦船專用電源。 一種是直流輸出48V/70A的長(zhǎng)型通信電源，長(zhǎng)×寬×高70cm×22cm×12cm，重量約14kg。電網(wǎng)輸入三相380415V（電流13A），也可降低輸入200240V（電流24A），頻率5060Hz。這種電源裝有電風(fēng)扇強(qiáng)迫風(fēng)冷，還在外殼上安裝了一只三相高壓大開關(guān)。電網(wǎng)輸入先經(jīng)大屏蔽盒濾波。 另一種是直流輸出350V/10A的短型特種電源，長(zhǎng)×寬×高40cm×30cm×8cm，重約10kg，無(wú)強(qiáng)迫風(fēng)冷，散熱器也較短。其鐵殼上銘牌標(biāo)明為電網(wǎng)三相輸入

3、，有三種輸入范圍：200240V、380415V、460480V。低電壓時(shí)IIN25A（MAX）；其輸出直流為350V/12.5A（MAX）。電網(wǎng)頻率5060Hz。 2   3500W電源解剖 解剖工作第一步是拆焊兩種（兩臺(tái)）電源主板上的大功率元器件，共有三類： 1）最重的大號(hào)磁性組件主功率變壓器和Boost儲(chǔ)能電感器，鐵粉芯磁環(huán)電感5只； 2）大號(hào)MOSFET、IGBT功率開關(guān)管模塊，和兩只電網(wǎng)整流器模塊P425等； 3）大號(hào)高壓鋁電解電容器940F/450V4只，220F/450V2只，以及多個(gè)CBB高頻、高壓、無(wú)感、無(wú)極性聚丙烯大電容器，都是優(yōu)質(zhì)的突波吸收元

4、件。 2.1   IR公司的功率器件 首先，讓我意外新奇的是：均為IR公司商標(biāo)的MOSFET、IGBT大模塊，其產(chǎn)品型號(hào)標(biāo)記居然都被假代號(hào)替換，它們?cè)贗R公司厚本產(chǎn)品手冊(cè)上均查不到。 1） 側(cè)壁貼出一個(gè)IGBT內(nèi)接一只二極管的模塊，標(biāo)號(hào)為“F530（9604）”、“F826（9615）”、“F1670（9726）”、“F4702（9845）”等。 2）從電路判斷是一個(gè)MOSFET內(nèi)含一只二極管的模塊，標(biāo)號(hào)為“M4005（6315）”、“M4427（9624）”、“M3422（9611）”等。 3） 從電路判斷是二只MOSFET（半橋雙管）的模塊，標(biāo)號(hào)為“M5220

5、（9708）”、“M5662（9726）”、“M3419（9603）”、“M6768（9814）”等。 在市場(chǎng)上從未見過這種特殊外殼，每只重近100g的MOSFET大模塊。每臺(tái)電源用4只，其散熱頂層的銅塊厚達(dá)6mm，長(zhǎng)×寬9.2cm×2cm。48V電源有炸裂。 4）PFC控制板上的主芯片標(biāo)記為“53H1747”，4臺(tái)電源均同，本應(yīng)是UC3854。 我先把拆焊下來(lái)的IR公司產(chǎn)品MOSFET和IGBT共89只，帶到IR深圳分公司找技術(shù)員詢問和鑒定，回答是“軍用絕密級(jí)”產(chǎn)品，非工業(yè)民品，故手冊(cè)上無(wú)。按3500W電源分析，該MOSFET反向耐壓應(yīng)在500V600V，工作電流在30A

6、40A。由于IR代理商確認(rèn)了這兩種大功率電源主板上使用的大號(hào)高頻開關(guān)管，是為軍用裝備特制的高檔產(chǎn)品，為了保密才改用假代號(hào)。因此，值得下功夫認(rèn)真細(xì)致地對(duì)兩種3500W電源作深入解剖、全面測(cè)量、專題分析。隨后我又幾次在供貨商處查看多臺(tái)開蓋電源主板上的MOSFET、IGBT模塊側(cè)壁商標(biāo)，并詳細(xì)記錄主要符號(hào)，才發(fā)現(xiàn)IR公司設(shè)在墨西哥（MADEINMEXICO）廠地的特制MOSFET，暗藏了下述重要標(biāo)記：     凡是在最下層標(biāo)上“82-5039”者，不論假代號(hào)怎么變，均為半橋雙管MOSFET，如“M7471（9846）”、“M3937（9613）”、“M3438（9602

7、）”、“M5706（9732）”、“M3467（9602）”；     凡是最下層標(biāo)記為“82-6252”者，不論假代號(hào)如何換，均為單管MOSFET加一只二極管，如“M7453（9845）”、“M4045（9616）”、“M3721（9609）”、“M5394（9714）”、“M3161（9547）”、“M3453（9602）”等。 2.2   EC公司的電容器 電源上使用的EC公司CCB高壓無(wú)極性電容器，其工藝之精致，市場(chǎng)上難見到。 1）每臺(tái)電源用3只大號(hào)長(zhǎng)園柱形CBB2.5F/DC850V，H×D6cm×2.4

8、cm； 2）用2只橢園形CBB8F/DC500V，L×W×T4.7cm×3.9cm×2.6cm； 3）每臺(tái)用2只CBB1.0F/DC850V（扁平形、4引腳），上述三種電容器用在三相輸入濾波與Boost電路； 4）48V/70A通信電源輸出濾波電容器CBB50F/DC100V，是最粗胖的，無(wú)極性； 5）350V/10A特種電源輸出濾波電容器CBB3.3F/DC500V，均用半透明硅膠封裝。 2.3   磁性元件 對(duì)兩種3500W高檔電源主板上實(shí)用的大型磁件組合拆開細(xì)看，其特殊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和選材，讓我大開眼界，并悟到多項(xiàng)技巧。

9、2.3.1   主功率變壓器漆包線繞組和絕緣膠帶 拆解之后發(fā)現(xiàn)，兩種3500W電源均是用兩塊大號(hào)磁環(huán)疊合而成。每塊磁環(huán)的外徑達(dá)73mm，磁環(huán)厚（高）12mm，其繞組線的寬度為18mm。選用磁環(huán)在100kHz開關(guān)高頻時(shí)不存在漏感問題；而兩塊扁平面磁環(huán)疊合在一起，再緊繞制主變壓器的原邊繞組和副邊繞組、加多層絕緣膠帶等。在兩塊金屬鐵粉芯磁環(huán)平面之間，實(shí)際上仍然存在許多小的天然氣隙（雖已壓緊靠攏），這使得主功率變壓器在重負(fù)載高頻大電流工作時(shí)，抗飽和能力大增。這與大號(hào)功率鐵氧體磁芯的截?cái)嗝姹患?xì)磨拋光“鏡亮”的狀況大不相同。 美、德公司在大功率高頻開關(guān)電源關(guān)鍵部件上采用的先進(jìn)

10、技術(shù)值得借鑒?？梢灶A(yù)計(jì)，如果3500W電源的主功率變壓器改用傳統(tǒng)常規(guī)的EE85厚型鐵氧體磁芯，不僅體積和重量會(huì)成倍增大，而且過載抗飽和能力會(huì)明顯降低，使電源在浪涌沖擊下?lián)p壞MOSFET功率管的幾率大為增加。由Ascom研制的6000W48V/112A大功率電源，其主變壓器磁芯改為三塊73mm扁平磁環(huán)疊合，這個(gè)驚人之舉太巧妙、獨(dú)特而意義深遠(yuǎn)，十分值得學(xué)習(xí)采納。 2.3.2    Boost變換器的方形鐵殼儲(chǔ)能電感器 拆解后才發(fā)現(xiàn)新奇的結(jié)構(gòu)與選材。350V/10A電源Boost電感器是采用三付6塊EE55鐵氧體磁芯復(fù)合而成，但其中心柱截面氣隙達(dá)5.2mm（每塊為2.6

11、mm）。Boost儲(chǔ)能電感器的繞組導(dǎo)線并不用常規(guī)的多股0.47mm漆包線卷繞，而是采用兩條極薄的（厚度僅0.1mm）、寬度33mm紅銅帶疊合，每條薄銅帶總長(zhǎng)約6.5m，疊合壓緊在（可插6塊EE55磁芯的）塑料骨架上共繞26圈，再接焊錫導(dǎo)線引出，用多層耐高壓絕緣膠帶扎緊包裹。這種特殊薄銅帶工藝?yán)@制的Boost儲(chǔ)能電感量267H、Q0.36，它對(duì)于減小高頻集膚效應(yīng)、改善Boost變換器開關(guān)調(diào)制波形、降低磁件溫升均有重要作用。 這又是一項(xiàng)前所未見的重大技術(shù)革新。多年來(lái)電源技術(shù)論文中有關(guān)PFC-Boost磁件的設(shè)計(jì)論文尚未見過這種報(bào)道。前幾年我在2000W-PFC試驗(yàn)時(shí)換用幾種大號(hào)鐵粉芯磁環(huán)，或用較大

12、罐形鐵氧體磁芯加大氣隙，繞制的Boost儲(chǔ)能電感器仍發(fā)熱過快、過高，效果不理想。現(xiàn)受到很大啟發(fā)。 2.3.3    附加諧振電感器 拆焊350V/10A電源時(shí)，發(fā)現(xiàn)主功率變壓器原邊繞組串聯(lián)的附加諧振電感器，是一種直徑為33mm的鐵硅鋁磁環(huán)，繞組用多股細(xì)線繞3.5圈，電感量為3.2H。而拆焊6000W電源350V/17A輸出型，其原邊串接的附加諧振電感器是用42mm的鐵硅鋁磁環(huán)。比較幾年前試驗(yàn)用的1000W、2000W、3000W電源，曾用加氣隙的EE55、EE65、EE70鐵氧體做附加諧振電感器，它們比主功率變壓器磁芯只小一個(gè)等級(jí)，且溫升較高?？梢姼挠描F硅鋁磁環(huán)，

13、能大大減小附加諧振電感器重量和體積，是發(fā)現(xiàn)的又一項(xiàng)新技術(shù)。 為了準(zhǔn)確繪制兩種3500W電源主板上的所有元器件焊點(diǎn)位置，印制板銅箔走線，以便畫出真實(shí)的電源電路設(shè)計(jì)圖，我預(yù)先測(cè)量尺寸，盡量避開焊點(diǎn)，在主板中間位置鋸開了印制板（厚2mm的玻璃纖維硬板），終于按1：1的實(shí)際比例，用2張A4復(fù)印紙即可繪制出電源主板正面元器件布局圖、兩塊控制板焊點(diǎn)位置等。再用2張A4白紙繪制電源主板背面印制板銅箔走線、一些貼片阻容、許多穿孔焊點(diǎn)定位等。并由此初步繪出了3500W電源的主功率變換電路，如圖1所示。兩種電源的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)大同小異，并給出了圖2總方框圖與PFC、全橋控制板的關(guān)系圖。 3  

14、60;3500W兩種電源主電路的特點(diǎn)與分析 從實(shí)體解剖、拆焊繪制48V/70A通信電源和350V/10A特種電源主板上的所有元器件、印制板銅箔正反兩面實(shí)際走線、眾多焊點(diǎn)的真實(shí)定位（有的穿孔、有的并不穿孔只在單面），由此繪出的圖1主功率變換電路圖，以及圖2電源總結(jié)構(gòu)框圖與PFC、全橋控制板相互關(guān)系，看出一個(gè)總體規(guī)律。 圖1    3500W、6000W高檔開關(guān)電源主功率變換器（三環(huán)節(jié)）電路圖初擬圖2    3500W、6000W高檔開關(guān)電源總方框與PFC、全橋控制板關(guān)系圖 1）兩種直流輸出電壓和電流大不相同的3500W高檔電源

15、（Vo、Io均相差7倍），其主功率變換電路的三大環(huán)節(jié)基本相同，即電網(wǎng)輸入濾波整流電路；PFC系統(tǒng)的Buck-Boost組合電路亦分段控制；全橋變換器移相式控制ZVS軟開關(guān)電路。  2）兩種電源的PFC貼片元器件控制板完全相同。有8只IC和上百個(gè)阻容。包括PFC控制板與電源主板連接的雙列插頭16芯焊腳也完全相同。高密度的PFC貼片控制板僅厚1.0mm，但解剖發(fā)現(xiàn)印制板內(nèi)部還有兩個(gè)夾層電路設(shè)計(jì)。  3）兩種電源的貼片元器件高密度全橋控制板實(shí)體大不相同，其主芯片均用UC3877。48V/70A電源全橋控制板單面布元器件。其總面積比雙面均焊貼片元器件的350V/10A電源全橋控制板

16、大一倍；單面元器件的印制板夾層銅箔走線也較簡(jiǎn)單些。兩種電源接外殼監(jiān)控電路插座結(jié)構(gòu)也不同。48V電源全橋控制板上與主芯片UC3877DWP配合的另外7只IC是LM339X2，74HC05，74HC86，LM358X2，MAX875。350V電源全橋控制板與主芯片UC3877DWP配合的另外8只IC是OP177G、AD620、LM393X3、LM358、74HC05、74HC86等。48V/70A通信電源長(zhǎng)70cm，主板空間寬裕。但該電源Boost儲(chǔ)能電感器磁芯只用了兩付4塊EE55，功率容量偏小，有兩臺(tái)電源炸毀Boost-MOSFET，是設(shè)計(jì)失誤。  4）350V/10A電源實(shí)體副邊整

17、流之后加設(shè)了有源箝位電路，使主功率變換器副邊也實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，明顯降低了在空載惡劣條件下電源整機(jī)的高頻噪聲。特別是350V電源的Boost儲(chǔ)能電感器設(shè)計(jì)是采用三付6只EE55磁芯組合（中心柱氣隙均5.6mm），沒有發(fā)現(xiàn)一臺(tái)350V電源炸Boost-MOSFET。說明該專題設(shè)計(jì)組成功了。 表1及圖3分別給出了一臺(tái)350V/10A電源在空載惡劣條件下，儀器測(cè)量打印的數(shù)據(jù)和波形。圖4給出加負(fù)載400W之后測(cè)量打印的電網(wǎng)輸入電流、電壓波形，功率因數(shù)值，頻譜特性等。 IBM、Ascom電源把市電三相輸入，巧妙地先分解成兩個(gè)單相輸入，然后再分別作全波整流，其中一只受控。這在大功率開關(guān)電源設(shè)計(jì)上具有重大優(yōu)勢(shì)和實(shí)

18、用價(jià)值。普通的三相PFC變換器輸出電壓高達(dá)DC760800V（有的甚至DC1000V）這就要求后級(jí)變換器的功率開關(guān)管耐壓達(dá)DC10001200V。因此，國(guó)際上熱門研究用三電平軟開關(guān)變換器克服該難題，它需要多串聯(lián)一只開關(guān)管降低反向電壓，使電路元器件及成本明顯增加。而IBM獨(dú)辟新路，用較簡(jiǎn)化方法解決了該難題。圖4為加載波形。圖5給出了350V/10A電源在4種不同負(fù)載條件下，測(cè)量打印的電網(wǎng)輸入電流、電壓波形等。 圖3    用PF9811測(cè)量?jī)x及專用軟件、配合聯(lián)想電腦測(cè)量打印的電源波形與數(shù)據(jù)圖4    350V/10A電源在加載400W后

19、測(cè)量打印的電網(wǎng)輸入波形、電流頻譜（省略了電壓頻譜） (a)    中等負(fù)載：228.5V/5.718A，1303.69W，PF=0.998(b)    較輕載：230.3V/3.884A，891.35W，PF=0.996(c)    極輕載：232.9V/0.752A，163.18W，PF=0.932(d)    重載：221.2V/9.677A，2146.52W，PF=0.999圖5    在4種不同負(fù)載時(shí)測(cè)量打印電源的電網(wǎng)輸入電流電壓波形表1

20、    PF9811配合電腦、專用軟件測(cè)量打印的第2頁(yè)測(cè)試報(bào)告：高次諧波數(shù)據(jù)群 諧波次數(shù)電壓諧波電流諧波1100.0100.020.00.530.714.640.00.150.310.560.10.370.45.280.00.390.31.9100.00.2110.42.2120.00.4130.43.7140.00.2150.14.9160.00.4170.23.6180.00.0190.13.0200.00.3210.02.8220.00.2230.02.0240.00.1250.11.9諧波次數(shù)電壓諧波電流諧波260.00.3270.13.6280.00.2

21、290.02.1300.00.2310.01.5320.00.1330.00.6340.00.2350.02.2360.00.1370.01.1380.00.2390.01.2400.00.1410.00.2420.00.1430.00.2440.00.3450.00.8460.00.1470.00.8480.00.2490.00.2500.00.04   6000W電源剖析 經(jīng)實(shí)體解剖證實(shí)，兩種3500W電源的PFC貼片控制板電路結(jié)構(gòu)、元器件完全相同。隨后解剖了兩種新搞到的6000W電源證明，其PFC貼片控制板電路結(jié)構(gòu)與原3500W也基本相同。Ascom公司20

22、00年投產(chǎn)的兩種高檔6000W電源（直流輸出48V/112A和350V/17A），是更換淘汰IBM軍用電源的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。說明了PFC控制電路設(shè)計(jì)已十分成熟，沒有必要再改。 在打開6000W電源的外殼鐵蓋后，看到其大號(hào)的CBB多只高壓電容器上，均標(biāo)出了廠年月為“9926”、“9938”等。其中48V/112A通信電源的散熱器加高了23倍，重達(dá)8kg；細(xì)看電源主板上的5只大號(hào)47mm磁環(huán)電感器與3500W電源相同，主功率變壓器和Boost儲(chǔ)能電感器的外形結(jié)構(gòu)也相似相近，只是又加長(zhǎng)了約30或體積增大了些。后來(lái)解剖發(fā)現(xiàn)兩種6000W電源相同的Boost-PFC大電感器磁芯增加到4付8塊EE55組合而成

23、；48V/112A電源的主功率變壓器改用3塊73mm扁平磁環(huán)疊合而成。 6000W電源的MOSFET均改用工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)公開的新品，是IR公司或IXYS產(chǎn)品，每臺(tái)電源用6只MOSFET均為SOT-227B封裝的四螺孔接線形式，并新增加一塊專用功率印制板緊固6只MOSFET的漏極、源極、柵極螺孔連線片，明顯改進(jìn)了維修更換條件。功率板上的99驅(qū)動(dòng)變壓器和驅(qū)動(dòng)IC-M1C4421(99)等，與3500W電源相同。 5   高功率因數(shù)的實(shí)現(xiàn) 在實(shí)體拆焊解剖原貼片式PFC控制板時(shí)發(fā)現(xiàn)二個(gè)非常奇怪的現(xiàn)象：一是PFC主芯片IC腳16驅(qū)動(dòng)輸出端銅箔走線居然被懸空，不接電路板上任何

24、其他元器件；二是IC腳14反常地接地線，它原是IC內(nèi)部高頻振蕩器的CT電容器外接引腳端。為此，我于2001年底特別請(qǐng)教了李龍文先生，他是十年前我國(guó)最早消化、吸收、引進(jìn)美國(guó)Unitrode公司專用IC的開關(guān)電源應(yīng)用專家。 早期問世的UC3854，作為高頻有源功率因數(shù)校正器的代表性產(chǎn)品，專用于大功率電源抑制諧波電流污染電網(wǎng)，它是國(guó)際上經(jīng)典的PFC功率因數(shù)校正“綠色能源”產(chǎn)品，早已選作美國(guó)的國(guó)家電源工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。十幾年來(lái)專業(yè)期刊上發(fā)表的研究文獻(xiàn)，均是整體選用UC3854作為PFC電路主芯片，沒有見過停用UC3854內(nèi)部高頻振蕩器和驅(qū)動(dòng)輸出的8只IC組合的PFC設(shè)計(jì)。 為什么3500W電源的實(shí)測(cè)PF0.9

25、99，能達(dá)到如此高性能指標(biāo)，結(jié)論只有在調(diào)查的末尾才可得到。在充分準(zhǔn)備之后，用特殊烙鐵頭逐一拆焊了高密度貼片PFC控制板上的近百個(gè)元器件，并逐一粘固在事先作了編號(hào)的硬殼白紙上。隨后又細(xì)致測(cè)量了每一只電阻器和電容器的實(shí)際數(shù)值；并用萬(wàn)用表的R×k檔（內(nèi)含1.5V電池）、R×10k檔（內(nèi)含9V1.5V電池）量程測(cè)量記錄了十幾只二極管的正向電阻值和反向電阻值，包括整流、開關(guān)、穩(wěn)壓二極管，肖特基二極管等。 現(xiàn)給出PFC控制板拆焊全部貼片元器件，并用砂紙磨掉焊錫和綠漆之后，顯露出來(lái)的印制板銅箔走線，其正面和反面分別見圖6(a)及圖6(b)。然后繼續(xù)磨掉銅線后，兩面分別顯現(xiàn)的內(nèi)部雙夾層走線

26、、焊點(diǎn)、絕緣圈等，見圖6(c)及圖6(d)。 (a)    印刷板正面(b)    印刷板反面(c)    內(nèi)部夾層一(d)    內(nèi)部夾層二圖6    PFC控制板拆焊磨漆后顯露的銅箔線及磨掉銅箔后顯出了內(nèi)夾層線點(diǎn)    圖7是放大的PFC控制板8只IC各引腳銅箔走線實(shí)體布局圖。經(jīng)過反復(fù)測(cè)查兩面的穿心焊點(diǎn)連線之后，可繪制真實(shí)的PFC控制板電路圖?，F(xiàn)給出主芯片M1-UC3854（假代號(hào)53H1747）與其他7只IC內(nèi)

27、部單元電路相連的關(guān)系網(wǎng)圖（圖8）。并給出PFC控制板經(jīng)插腳與電源整機(jī)主板上重點(diǎn)器件的連線簡(jiǎn)圖（圖9）。 圖7    放大加工后按銅箔走線和焊點(diǎn)繪制的8只IC與阻容等連線圖圖8    PFC控制板上主芯片M1與7只輔助IC內(nèi)部單元電路關(guān)系網(wǎng)圖圖9    PFC控制經(jīng)插腳與電源整機(jī)主板上主要元器件連線簡(jiǎn)圖兩種3500W電源主板上完全相同的PFC控制板電路，它的奇特之處在于：其主芯片UC3854只利用了內(nèi)部電路的前半部分，即線性模擬乘法器和電流誤差放大器等；而其他重要的單元電路，如高頻振蕩器、PWM比較器、R-

28、S觸發(fā)器、邏輯控制電路和開關(guān)脈沖預(yù)放大驅(qū)動(dòng)器，卻反常地留給了PFC控制板上其他IC（LM319，LM339，LM358和LM393，74C00，74C04等共7只）來(lái)分別完成，設(shè)計(jì)者獨(dú)辟新路，是為了擴(kuò)大主芯片控制范圍。 PFC控制板是電源整機(jī)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)值的指揮中心。它分3路分別經(jīng)3個(gè)插頭焊腳送往3大功率器件，對(duì)3500W高檔電源3個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)控制： 1）電網(wǎng)輸入整流器P425    單相全波整流可控橋，二可控端為G1、G2； 2）Buck-PFCIGBT功率開關(guān)管    實(shí)行分段式控制，在三相或單相輸入時(shí)工作狀態(tài)不同； 3）Bcos

29、t-PFCMOSFET功率開關(guān)管    控制脈沖經(jīng)腳10輸出，又經(jīng)驅(qū)動(dòng)IC放大。 對(duì)兩種3500W大功率電源整機(jī)通電加載，在較重負(fù)載時(shí)實(shí)測(cè)PF0.998，充分證明了PFC功率因數(shù)校正器電路系統(tǒng)的性能高超、設(shè)計(jì)成熟、巧妙獨(dú)特。它在電路整體結(jié)構(gòu)上是一個(gè)Buck-Boost組合的PFC控制電路，對(duì)IGBT開關(guān)管采用分段式控制，即當(dāng)市電輸入電壓為三相380V時(shí)，全波整流器輸出的100Hz低頻脈動(dòng)電壓峰值達(dá)570V左右，則PFC控制板自動(dòng)送出PWM脈沖到Buck電路的IGBT柵極，以PWM方式對(duì)其輸出開關(guān)脈沖先作降壓處理，再送往Boost變換器儲(chǔ)能電感和MOSFET、二極管

30、等。當(dāng)市電輸入電壓為單相220V時(shí)，全波整流器的輸出脈動(dòng)低頻電壓峰值約310V，于是控制電路自動(dòng)關(guān)斷IGBT柵極的方波電壓，使Buck失效，IGBT開關(guān)不再衰減脈動(dòng)電壓。 在家庭實(shí)驗(yàn)條件下只有單相220V電壓。此時(shí)IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)，在功率管IGBT柵極實(shí)測(cè)到的電壓波形不是PWM矩形波，而是310V、100Hz脈動(dòng)電壓波形。因?yàn)闁艠O與射極處于直通狀態(tài)。 圖10給出了在空載惡劣條件下，實(shí)際測(cè)量打印的48V、70A通信電源市電輸入電流波形，和最敏感變壞的電流諧波與功率因數(shù)值：輸入電流波形變?yōu)榧庹}沖、且相位明顯偏離輸入電壓的正弦波相位；總電流諧波高達(dá)56.2（3次諧波為41.9，5次為26.9，

31、7次15.8，9次14.2等）；功率因數(shù)值劇降到0.456，比350V特種電源空載時(shí)的PF=0.859差了許多（它的電流總諧波僅21.5、3次諧波14.6，5次為10.5，7次5.2，9次1.9等）。 當(dāng)48V電源加載到440W后，其市電輸入電流波形明顯轉(zhuǎn)好，相位偏離也減小，敏感的電流總諧波降至15，功率因數(shù)值大幅提高到0.958，雖然它接近350V電源加載到400W后的PF=0.989，但細(xì)看比較48V電流波形，顯然臺(tái)階突起仍多尖，不如前者更接近正弦波形，且350W電源的加載后電流總諧波又顯著減小到6.3。當(dāng)48V電源再加載到942.8W時(shí)，其電流波形也進(jìn)一步改善為小臺(tái)階，電流總諧波又降至7

32、.1，PF0.987。當(dāng)48V電源加載到1385W時(shí)，輸入電流波形才接近正弦波，PF0.995，電流總諧波降到4.0。（見圖10，圖11，圖12與表2）。 (a)市電輸入電壓電流波形(b)電流頻譜圖10空載惡劣條件下測(cè)量打印48V/70A電源市電輸入波形、電流頻譜(a)市電輸入電壓電流波形(b)電流頻譜圖11加載440W后測(cè)量打印48V電源市電輸入波形、電流頻譜(a)極輕載：229.5V，1.020A，150.83W，PF=0.645(b)中載：226.0V，4.225A，942.80W，PF=0.987(c)中載：223.7V，6.223A，1385.04W，PF=0.995(d)中載：22

33、1.6V，8.264A，1826.50W，PF=0.997(e)重載：219.3V，10.362A，2268.30W，PF=0.998(f)重載：217.6V，12.013A， 2610.56W，PF=0.999圖12    測(cè)量打印48V/70A電源在另6種不同負(fù)載時(shí)的市電輸入波形表2   48V/70A電源在九種不同負(fù)載時(shí)的功耗、功率因數(shù)、電流總諧波、電壓總諧波 空載極輕載輕載輕載中載中載中載重載重載功耗/W106.3150.8550731.794281385182622682610功率因數(shù)0.4560.6450.9580.9780.9870.9950.9970.9980.999電流總諧波/56.239.015.09.47.14.03.43.32.5電壓總諧波/2.11.22.11.42.32.12.22.52.23次諧波電流/41.826.17.63.73.