【正文】 考電壓進(jìn)行比較，所產(chǎn)生的電壓差回饋至PWM控制器。 如何抑制和消除諧波對(duì)公共電網(wǎng)的污染，提高功率因數(shù)已成為國(guó)內(nèi)外電源界研究的重要課題。圖23 帶接近完美的PFC的電源輸入特性通過(guò)以上分析，功率因數(shù)（PF）定義為有功功率與視在功率的比值，用公式表示為式中：I1表示輸入基波電流有效值；Irms表示輸入電流有效值γ表示輸入電流失真系數(shù)cosφ表示基波電壓與基波電流之間的相移因數(shù)所以功率因數(shù)可以定義為輸入電流失真系數(shù)γ與相移因數(shù)cosφ的乘積。如果波形包含無(wú)限窄和無(wú)限高的脈沖（數(shù)學(xué)上稱為δ函數(shù)），則頻譜會(huì)變平坦，這意味著所有諧波的幅度均相同。應(yīng)用“相位角余弦”。這一過(guò)程通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)將大量電荷注入電容，然后由電容器緩慢地向負(fù)載放電來(lái)實(shí)現(xiàn)，之后再重復(fù)這一周期。這種情況發(fā)生在負(fù)載由電阻、電容和電感元件組成，而且均為線性（不隨電流和電壓變化）的條件下。 第2章 功率因數(shù)校正 功率因數(shù) 功率因數(shù)的定義 功率因數(shù)校正可簡(jiǎn)單地定義為有功功率與視在功率之比，即：其中有功功率是一個(gè)周期內(nèi)電流和電壓瞬時(shí)值乘積的平均值，而視在功率是電流值與電壓值的乘積。二是制造不產(chǎn)生諧波的裝置。 （5）使測(cè)量和計(jì)量?jī)x器、儀表不能正確指示或計(jì)量。諧波主要有以下主要危害：（1）諧波電流的“二次效應(yīng)”，即諧波電流流過(guò)線路阻抗而造成的諧波電壓反過(guò)來(lái)會(huì)使電網(wǎng)電壓波形發(fā)生畸變，引發(fā)電路諧振而造成過(guò)電流或過(guò)電壓而引發(fā)事故。一般來(lái)講，凡是使用開(kāi)關(guān)器件的裝置都會(huì)產(chǎn)生諧波，諧波的產(chǎn)生都會(huì)引起功率因數(shù)的降低。基于此，本設(shè)計(jì)研究了一種Boost PFC軟開(kāi)關(guān)電路，它通過(guò)構(gòu)造輔助軟開(kāi)關(guān)電路，最終實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)。鑒于低功率因數(shù)帶來(lái)的危害，功率因數(shù)校正變得非常必要，成為電力電子學(xué)研究的重要方向之一。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，伴隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，開(kāi)關(guān)器件越來(lái)越多地用在各種電能變換裝置中。其中，ACDC變換電路俗稱整流電路，也就是將交流電能變換為直流電能的電路。功率因數(shù)的高低直接影響著電能質(zhì)量的好壞。本文功率因數(shù)校正電路的設(shè)計(jì)，使電路的功率因數(shù)得到了明顯改善，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，同時(shí)電路的總諧波畸變因數(shù)控制在了一定的范圍，減少了對(duì)電網(wǎng)的污染。功率因數(shù)校正(簡(jiǎn)稱PFC)技術(shù)是電力電子技術(shù)的重要組成部分，并已經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。參考資料，電力電子交流技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，電源技術(shù)，燕山大學(xué)自編教材，新穎開(kāi)關(guān)電源，機(jī)械工業(yè)出版社4. 中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)周 次第 1～ 4 周第5 ～ 8 周第 9 ～12周第13～16 周第 17 ～18周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱資料，閱讀文獻(xiàn)確定方案，設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證可行性撰寫論文，準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：漆漢宏職稱：教授 09 年 12 月30日系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日注：表題黑體小三號(hào)字，內(nèi)容五號(hào)字，行距18磅。它在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制有源開(kāi)關(guān)的通、斷來(lái)強(qiáng)迫輸入電流跟隨輸入電壓變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近1的功率因數(shù)。基本要求1. 了解功率因數(shù)校正的基本原理型PFC電路的控制策略。（此行文字閱后刪除）摘要摘要近幾十年來(lái)，由于大功率電力電子裝置的廣泛使用，使公用電網(wǎng)受到諧波電流和諧波電壓的污染日益嚴(yán)重，功率因數(shù)低，電能利用率低。上世紀(jì)九十年代以來(lái)，PFC控制技術(shù)越來(lái)越多的引起人們的關(guān)注。根據(jù)參數(shù)，基于PAPICE環(huán)境下對(duì)功率因數(shù)前后的電路進(jìn)行了仿真。用電設(shè)備過(guò)低的功率因數(shù)將使電網(wǎng)波形畸變，線路損耗大；降低整個(gè)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，增大系統(tǒng)供電量；降低用電設(shè)備的使用壽命；干擾儀器儀表。整流的方式應(yīng)用最為廣泛，例如家用電器設(shè)備電源供電、不間斷電源UPS、汽車工業(yè)、化工工業(yè)、醫(yī)療、航天等人類社會(huì)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域之中。開(kāi)關(guān)器件的引入一方面提高了裝置的變換效率，另一方面也帶來(lái)了諧波污染和功率因數(shù)低下等問(wèn)題。改善用電設(shè)備功率因數(shù)的工作的重點(diǎn)主要是功率因數(shù)校正電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究和功率因數(shù)校正控制集成電路（如UC3842~UC3855A系列,KA7524,TDA4814等）的開(kāi)發(fā)。電力電子裝置的大量使用給電網(wǎng)帶來(lái)諧波和無(wú)功，造成電網(wǎng)的“污染”，解決這種污染的主要途徑之一是使用有源功率因數(shù)校正技術(shù)。早期的電力電子裝置中大量使用的晶閘管和不控整流二極管都是開(kāi)關(guān)器件。（2）增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率。 （6）干擾通信系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。 研究的主要內(nèi)容了解功率因數(shù)校正的基本原理型PFC電路的控制策略。如果電流和電壓是正弦波而且同相。因?yàn)檩斎腚娐返脑颍_(kāi)關(guān)模式電源對(duì)于電網(wǎng)電源表現(xiàn)為非線性阻抗。電流脈沖為周期的10%到20%是十分常見(jiàn)的，這意味著脈沖電流應(yīng)為平均電流的5到10倍。圖22 電流波形的諧波成分圖22 顯示了電流波形的諧波內(nèi)容。順便說(shuō)一下。 可見(jiàn)功率因數(shù)（PF）由電流失真系數(shù)γ和基波電壓、基波電流相移因數(shù)cosφ決定。PFC技術(shù)應(yīng)用到新型開(kāi)關(guān)電源中，已成為新一代開(kāi)關(guān)電源的主要標(biāo)志之一。這個(gè)誤差電壓信號(hào)用來(lái)改變脈沖波寬度的大小，如果輸出電壓過(guò)高，脈沖波寬度會(huì)減小，進(jìn)而使輸出電壓降低，以使輸出電壓恢復(fù)至正常輸出值。（2）是輸入電流正弦化，即（諧波為零），即可以使PF==1。雖然有源功率因數(shù)校正電路效果也比較好，但是電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高，無(wú)源功率因數(shù)校正電路基本采用分立元器件組成，電路結(jié)構(gòu)較有源簡(jiǎn)單許多，成本也比較低，只要對(duì)諧波電流控制適當(dāng)，也可以是功率因數(shù)保持較高狀態(tài)，可以滿足較好校正要求。但由于工作在市電工作頻率，電感和電容元件的體積都比較大，因而由它們組成的無(wú)源功率因數(shù)校正電路的體積也就可能比較大。其次，如上所述，為了能在全球范圍內(nèi)使用，需要一個(gè)線路電壓范圍開(kāi)關(guān)。（2）系統(tǒng)正常工作時(shí)，由于整流二極管的導(dǎo)通角很?。ㄒ话阒挥凶笥遥瑫?huì)形成一個(gè)幅度很高的窄脈沖，電流波峰因數(shù)高，電流總諧波畸變率通常超過(guò)100%，同時(shí)還會(huì)引起電網(wǎng)電壓波形的畸變。（2）升／降壓式。（4）升壓式(Boost)簡(jiǎn)單電流型控制，PF值高，總諧波畸變因數(shù)(THD)小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。圖23顯示了連續(xù)模式PFC 的典型方法。其目的是使環(huán)路增益（以及瞬態(tài)響應(yīng)）獨(dú)立于輸入電壓。圖24 經(jīng)典PFC 電路的框圖平均電流模式控制采用一個(gè)根據(jù)控制信號(hào)Icp來(lái)穩(wěn)定平均電流（輸入或輸出）的控制電路。電流Icp在Rcp上產(chǎn)生了一個(gè)電壓。和電壓模式控制電路的情形一樣，此信號(hào)被拿來(lái)同振蕩器的鋸齒波信號(hào)進(jìn)行比較，PWM比較器將根據(jù)這兩個(gè)輸入信號(hào)生成一個(gè)占空比。由上述分析可以得出，對(duì)于不同的最終應(yīng)用要求和主要的推動(dòng)因素，PFC電路的選擇會(huì)有所不同。因?yàn)閮?nèi)置PFC的電路應(yīng)用范圍已經(jīng)拓展，所有對(duì)于更多樣化的PFC解決方案的需求也正在不斷增長(zhǎng)。二是將控制電路的功能融合到整個(gè)AC/DC變換器系統(tǒng)中的電路形式。對(duì)Boost PFC前置級(jí)而言，研究的熱點(diǎn)主要有兩個(gè)，一是功率級(jí)的進(jìn)一步完善，二是PFC控制的簡(jiǎn)化。相應(yīng)地就有許多軟開(kāi)關(guān)Boost變換器理論的研究，現(xiàn)在較具代表性的有兩種技術(shù)，其中一種是有源吸收技術(shù)，另一種是無(wú)源吸收技術(shù)。其中正弦電流基準(zhǔn)信號(hào)由乘法器輸出獲得。與傳統(tǒng)的兩級(jí)電路相比，省掉了一個(gè)MOSFET,但增加了一個(gè)二極管。單級(jí)PFC技術(shù)的研究仍呈上升的趨勢(shì)，原因是其性能尚未打到最優(yōu)，許多問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。一般地講，所有的變流器拓?fù)洌鏐uck、Boost、Flybick、Cuck等都可以用作PFC的主電路。Boost型有源功率因數(shù)校正電路的構(gòu)成示于圖31。電流調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過(guò)調(diào)制裝換成與電流調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)成正比的占空比電平，控制開(kāi)關(guān)工作達(dá)到使電感電流跟蹤整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的目的。2. 有輸入電感，抗瞬態(tài)沖擊性強(qiáng)。2. 若開(kāi)關(guān)二極管輸出電容之間存在雜散電感（導(dǎo)線的分布參數(shù)），則高頻工作時(shí)容易產(chǎn)生震蕩過(guò)壓。反之，高頻工作時(shí)就可能出現(xiàn)高頻振蕩導(dǎo)致的瞬態(tài)過(guò)電壓。從電感電流是否連續(xù)可分為CCM(Coutinuum Current Mode)模式和DCM（Disconnected Current Mode）模式兩類。 電流峰值控制法的系統(tǒng)構(gòu)成示于圖32。但是，需要注意的是，這個(gè)前提條件實(shí)際是要求輸入電感必須足夠大。為了防止震蕩，必須在比較器的輸入端正加一個(gè)斜率補(bǔ)償器（Slope pensation）。它與峰值電流控制法的區(qū)別在于電流調(diào)節(jié)器。實(shí)際上，要想使輸入電流在工頻半周期內(nèi)的上升段和下降段都很好地跟蹤直流電壓是有一定困難地，這是由于在恒頻工作條件下兩個(gè)階段中導(dǎo)致電感電流的變化的外部條件是不同的。電流有效值小，EMI小3 能抑制開(kāi)關(guān)噪聲4 輸入電流失真小平均電流控制法的主要不足是：1 控制電路復(fù)雜2 需要電流環(huán)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可用于電流平均控制的IC有：UC385TK8385ML4821等。由此不難看出其控制效果是使電感電流在給定的平均電流指令上下一定的誤差帶內(nèi)。UC3854A包括:電壓放大器VA、模擬乘法除法器M、電流放大器CA、固定頻率脈寬調(diào)制器PWM、功率MOS管的門極驅(qū)動(dòng)器、以及軟啟動(dòng)、輸入電壓前饋、輸入電壓鉗位、過(guò)電流比較器等。 （4）內(nèi)置高頻寬帶放大器，失調(diào)電流小。（8）內(nèi)置使能比較器，速度精度都進(jìn)一步提高。另外，UC3854還包含一個(gè)功率兼容的柵極驅(qū)動(dòng)器、電網(wǎng)預(yù)置器、負(fù)載變化比較器、低電源檢測(cè)器和過(guò)流比較器。以上兩比較器的輸出都接到與門輸入端，只有兩個(gè)比較器都輸出高電平時(shí)，基準(zhǔn)電壓才能建立，器件才輸出脈沖。電阻兩端壓降與兩端電壓想減后的電流取樣信號(hào)。觸發(fā)器（FLIPFLOP）：振蕩器和PWM比較器輸出信號(hào)分別加到觸發(fā)器的R、S兩端，控制觸發(fā)器輸出脈沖，該脈沖經(jīng)與門電路和推拉輸出級(jí)后。 引腳說(shuō)明UC3854A采用16管腳或20管腳封裝，下面以16腳為例進(jìn)行介紹： 圖46 UC3854A 16管腳圖（1）Gnd:信號(hào)地。該端是電流限幅比較器的反相輸入端，通過(guò)電阻分壓器與電流檢測(cè)電阻相連。（3）CA OUT 電流誤差放大器輸出端。電流誤差放大器的輸出級(jí)由射極跟隨器構(gòu)成，并通過(guò)一8K歐電阻接地。但由于著兩個(gè)輸入端采用的是二極管保護(hù)。該段是乘法器唯一直接與外部相連的輸入端，標(biāo)稱電壓為6V，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)輸入線電壓的檢測(cè)。與電流誤差放大器輸出端一樣，在控制器被禁止時(shí)，電壓誤差放大器同樣能保持正常工作。升壓PWM調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與輸入線電壓成正比，當(dāng)輸入窄帶升壓PWM調(diào)節(jié)器的線電壓發(fā)生變化時(shí)，升壓PWM調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)會(huì)立刻改變，并緩慢地回復(fù)到穩(wěn)壓值。能夠提供10mA的驅(qū)動(dòng)電流，并具有短路電流限幅功能。該端是邏輯電平輸入端，用于控制升壓PWM控制器、基準(zhǔn)電源和振蕩器的工作狀態(tài)，同時(shí)還能夠去除軟啟動(dòng)箝位，使SS上的點(diǎn)位上升。電壓檢測(cè)信號(hào)輸入端。外接的定時(shí)電阻決定了振蕩器的充電電流以及乘法器的最大輸出電流。一旦控制器被激活，同時(shí)Vcc的電壓打到正常水平，則控制器內(nèi)部14μA電流源將對(duì)軟啟動(dòng)電容進(jìn)行充電，SS上的電壓逐步升至8V以上。（14）Ct 振蕩器定時(shí)電容接入端，該端外接振蕩器定時(shí)電容。為了保證柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)升壓功率MOSFET，控制器只有在Vcc上的電壓超過(guò)欠壓鎖定下限閥值時(shí)才開(kāi)始工作。為了防止過(guò)沖，該端與升壓功率MOSFET柵極之間應(yīng)串接一只阻值大于5Ω的限流電阻。本章主要介紹了Boost型功率因數(shù)校正電路的工作原理及其典型的幾種控制策略，對(duì)比各個(gè)電路的優(yōu)、缺點(diǎn)，我們選擇平均電流型Boost型功率因數(shù)校正電路，并簡(jiǎn)單介紹了平均電流型Boost型功率因數(shù)校正電路所用到的控制的ICUC3854A。電感器的設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)揮電路的特性、效率和作用，以及能否得到滿意的校正效果是至關(guān)重要的。本設(shè)計(jì)中輸出二極管承受的最大直流電壓為480V。開(kāi)關(guān)管MOSFET的開(kāi)關(guān)頻率fs為50KHz，Lr與Cr諧振，由上述主電路工作階段的分析可知，Lr和Cr諧振的諧振頻率必須是開(kāi)關(guān)頻率的幾倍，以4倍來(lái)計(jì)算，由諧振關(guān)系及，f=200KHz,。 控制電路 控制電路的結(jié)構(gòu)通過(guò)前面對(duì)APFC常用控制方法的分析與比較可知，平均電流型控制因其具有THD和EMI小、對(duì)噪聲不敏感、開(kāi)關(guān)頻率固定等優(yōu)點(diǎn)，在目前PFC中應(yīng)用最多。它包含了平均電流型控制所需的全部功能，其特點(diǎn)是:；限制電網(wǎng)電流失真小于5%；采用恒頻控制。UC3854的內(nèi)部功能方框圖如下圖所示。 圖41 控制電路圖 電路工作原理電路的工作原理如下:正比于輸入全波整流電壓的電流IAC和電壓誤差放大器的輸出電壓VVEA及前饋電壓VFF在乘法器中相乘，產(chǎn)生基準(zhǔn)電流信號(hào)IMO，IMO在電阻RMO口上產(chǎn)生的壓降具有與輸入整流電壓相同的波形，輸入電流Li通過(guò)電流采樣電阻Rs產(chǎn)生電流采樣電壓Us，它與RMO上的電壓相減后加在電流誤差放大器的輸入端。 (1)電路中電感電流的峰值最大值為 （4—8）(2)電流采樣電阻值為 （4—9）2 峰值電流限制當(dāng)輸入電流瞬時(shí)值超過(guò)最大電流時(shí)，UC3854的峰值電流限制比較器動(dòng)作，使開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)。這個(gè)結(jié)果是靠正比于輸入電壓有效值的前饋分壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖所示。 （4—14）取，計(jì)算得，選 （4—15）②計(jì)算濾波電容值%，%，因此諧波衰減值為 （4—16）截止頻率 （4—17）設(shè)置濾波器極點(diǎn)為15Hz