【正文】 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 摘 要 開關(guān)電源是實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和功率傳遞的重要設備。近年來，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，開關(guān)電源因其效率高、性能好、成本低而被廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，并取得了顯 著的效益。因此研究設計一款性能穩(wěn)定、可靠性高的開關(guān)電源具有極高的科研意義和商業(yè)價值 [1]。 本文對 Boost 型功率因數(shù)校正技術(shù)進行了分析、設計和研究。詳細分析了有源功率因數(shù)校正器的基本工作原理，通過比較幾種不同拓撲 的 PFC 變換器主電路的優(yōu)缺點，和比較控制電路的幾種不同控制方法的優(yōu)缺點，明確本文所要研究的對象為平均電流控制（ ACM）的 Boost 型功率因數(shù)校正器。 在此基礎上對 Boost 主電路和控制電路進行數(shù)學建模，得出其狀態(tài)方程和傳遞函數(shù)，運用仿真軟件 MATLAB 中的 Simulink 工具，建立了 Boost 主電 路和控制電路的 Simulink 仿真模型，并得出其仿真結(jié)果。 本文根據(jù) Boost 變換器的特點和要求，設計了一個具體、實用的帶 PFC 功能的開關(guān)電源 電路 ，并給出了具體設計步驟和電路參數(shù)的計算。 平均電流控制的單相 Boost 功率因數(shù)校正電路，完全能夠達到整流、高輸入功率因數(shù)、升壓、穩(wěn)壓、低紋波的目標，具有廣闊的應用前景。 關(guān)鍵詞 ： 功率因數(shù)校正； Boost 變換器；仿真 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） Abstract Swiching power supply is an important to achieve Power conversion And Power delivery. In reeent years， Swiching power supply is widely used in variouse field of national economy with the development of power electronice technology,and achieveing remarkable result,because of its high effieieney,good performance and low designing a kind of Switching Power supply with steady Performance and high reliability has high seientific and mercial values. Based on the summary of the fruits of the research of the Active Power Factor Correction, the PFC system, which adopts Boost power converter circuit and Average Current Mode control scheme, is well studied in this thesis. According to the principle and the discussion of the singlephase active power correction, concluding different structures of the main circuit and methods of the controllers, the PFC system, which adopts Boost power converter circuit and Average Current Mode control scheme is indicated as the developing direction of PFC and regarded as PFC system structure. Then, the state differential equations of ideal Boost converter and the general transfer functions of PWM converter are deduced and the simulation models of ideal converter are showed using MATLAB. Besides, we design a practical circuit with the function of PFC, giving discrete design steps and the calculation of the circuit parameters. Finally, we can conclude that the PFC system which adopts Boost power converter circuit and Average Current Mode control scheme can achieve good performance, which can be used widely in the future. Key words: PFC (power factor correction)。 Boost converter。 Simulation 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 目 錄 第 1 章 緒 論 ........................................................................................................ 1 開關(guān)電源的發(fā)展 ...................................................................................... 1 論文研究的目的和意義 .......................................................................... 2 功率因數(shù)的定義以及校正方法 .............................................................. 3 論文要完成的主要工作 .......................................................................... 5 第 2 章 有源功率因數(shù)校正技術(shù)及其控制方法的研究 ..................................... 6 有源功率因數(shù)校正技術(shù)基本原理 .......................................................... 6 有源功率因數(shù)校正主電路的選擇 ......................................................... 7 有源功率因數(shù)校正技術(shù)的工作模式 ................................................... 7 有源功率因數(shù)校正技術(shù)的控制策略 ..................................................... 9 本章小結(jié) ............................................................................................. 14 第 3 章 有源功率因數(shù)校正電路的設計 ........................................................... 15 有源功率因數(shù)電路的選擇 ................................................................. 15 有源功率因數(shù)電路的參數(shù)設計 ......................................................... 17 本章小結(jié) ............................................................................................. 24 第 4 章 APFC 電路的仿真分析 ...................................................................... 25 MATLAB 簡介 ................................................................................... 25 APFC 主電路的仿真 .......................................................................... 26 Boost 型 APFC 電路的 仿真 .............................................................. 30 APFC 電路的優(yōu)化設計 ...................................................................... 35 本章小結(jié) ............................................................................................. 39 結(jié) 論 .................................................................................................................. 40 參考文獻 .............................................................................................................. 41 致 謝 .................................................................................................................. 42 東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 1 第 1 章 緒 論 開關(guān)電源的發(fā)展 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，通過控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源充電器。從廣義上來說，凡用半導體功率器件做開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換為另 一種電源形態(tài)的主電路都叫做開關(guān)變換器電路，轉(zhuǎn)換時用自動開關(guān)閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有各種保護環(huán)節(jié)的則稱為開關(guān)電源。 開關(guān)電源的發(fā)展與半導體器件及磁性元件的發(fā)展是休戚相關(guān)的。 1955 年美國科學家羅耶首先研制成功了自激振蕩的晶體管直流變換器，此后，世界各地利用這一技術(shù)的各種形式的晶體管自激振蕩直流變換器不斷被研制出來。如自激式推挽雙變壓器等。到 1969 年開關(guān)電源首先在國外問世，雖然它的頻率只有 25kHz，但它的出現(xiàn)卻是電源發(fā)展歷程的一個重要的里程碑。 進入七十年代，隨著電力電子技術(shù)和半導體技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)穩(wěn)壓電源得到迅速 發(fā)展，功率半導體器件從雙極型器件 (BPT、 SCR、 GTO)發(fā)展為 MOS 型器件 (功率 MosFET、 IGBT、 IGCT 等 )，這使得開關(guān)電源的高頻化的實現(xiàn)有了可能，相比于晶體管穩(wěn)壓電源，它的電路結(jié)構(gòu)更簡單，損耗更低，效率也變得更高。 自 80 年代起，高頻化和軟開關(guān)技術(shù)以及各種電力電子集成技術(shù)的開發(fā)研究，使開關(guān)電源的性能得到進一步提升、重量得到降低、尺寸也將變得更小。如將開關(guān)變換器技術(shù)應用到提高功率因數(shù)和改善電流波形上來，研發(fā)了功率因數(shù)校正 (PowerFactorcorreetion， PFC)技術(shù)。同時相繼提出 PEBB 與 IPEM 技術(shù)概念的電力電子技術(shù)，但此時開關(guān)電源的集成度較低。 80 年代初采用上述原理第一套完整的48V 成套電源在英國出現(xiàn)。到 80 年代末，計算機全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代。 90 年代開始，隨著脈寬調(diào)制電路的出現(xiàn)，開關(guān)電源在電子、電器設備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應用，進入快速發(fā)展期，正朝著智能化、集成化、高頻化、模塊化和綠色能源方向發(fā)展。此后零電壓、零電流軟開關(guān)拓撲電路的廣泛應用，是開關(guān)電源技術(shù)的又一次飛躍。 進入 21 世紀以來，隨著開關(guān)電源綠色化概念的提出。功率因數(shù)校正又被重新提起，并 迅速發(fā)展起來，各種帶有功率因數(shù)校正的開關(guān)電源不斷出現(xiàn)。為了提高AC/DC 變換器輸入端功率因數(shù)，減小電流的諧波， 20 世紀 80 年代人們將開關(guān)變換器技術(shù)應用到提高功率因數(shù)和改善電流波形上來，研發(fā)了功率因數(shù)校正技術(shù)。目前有兩個標準，即 JEC555~2 和 JEC1000~3~2。自從歐洲和日本相繼對開關(guān)電東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文） 2 源輸入諧波的要求制訂了標準以后，這些規(guī)定和標準的執(zhí)行使得 PFC 技術(shù)的研究成為當今電源界的熱點。早期的功率因數(shù)校正采用大容量的電感器和電容器等無源器件構(gòu)成無源網(wǎng)絡對電路進行功率因數(shù)校正，即我們常說的無源功率因數(shù)校正技 術(shù) (