【正文】 VM 和 VD 的關(guān)斷損耗 ,但引 入了輔助換流電路的通態(tài)損耗和開關(guān)損耗。為了抑制 VM關(guān)斷時產(chǎn)生的尖峰電壓 , 一般采用阻容吸收電路。由于電流環(huán)有較高的增益帶寬、跟蹤誤差小、瞬態(tài)特性較好，使得平均電流控制具有 THD（可將 THD降低到 5%以下） 和 EMI小，對噪聲不敏感，開關(guān)頻率固定，適用于大功率應(yīng)用場合，是目前 PFC中應(yīng)用最多的一種控制方式，這也是本設(shè)計采用此方法的原因。峰值電流控制的缺點有： ① 電流峰值和平均值之間存在誤差，無法滿足 THD很小的要求； ② 電流峰值對噪聲敏感； ③ 占空比大于 波振蕩； ④ 需要在比較器輸入端加斜坡補償。 工作在 CCM下的 PFC變換器與 DCM的變換器相比 ，優(yōu)點有： ① 輸入和輸出電流波紋小、 THD和EMI小，濾波容易； ② 電流有效值小，器件導(dǎo)通損耗?。?③ 適用于大功率應(yīng)用場合。在峰值 AC電壓附近，開關(guān)周期最大，而頻率最低。在兩個開關(guān)周期之間，有一個電流為零的點，但沒有死區(qū)時間，從而使 AC電流通過橋式整流二極管連續(xù)流動 (二極管的導(dǎo)通角幾乎等于180176。所以需要對其加入 APFC環(huán)節(jié)，這也是本文主要解決的問題。 PFC方案選取 在 PFC校正電路中應(yīng)用最廣泛的是單相 Boost 有源功率因數(shù)校正 （ APFC） 變換電路，其原 理 圖如 4所示 。 CCM因反饋電流的不同可分為峰值 電流控制、平均電流控制 和電流滯環(huán)控制 。有源 PFC變換器后面跟隨電子鎮(zhèn)流器的半橋逆變器或開關(guān)電源的 DCDC變換器。開關(guān)導(dǎo)通時，二極管截止；開關(guān)管截止時，二極管導(dǎo)通。 目前流行的是有源 PFC技術(shù)。PFC的基本目的在于使電流，電壓波形相同 且相位一致。也就是說，在 AC線路電壓的每個半周期內(nèi)，只是在其峰值附近，二極管才會導(dǎo)通。 常規(guī)的開關(guān)電源 都是采用橋式整流和大容量電容濾波電路來實現(xiàn)ACDC轉(zhuǎn)換的 ,如圖 2 所示 。 由于常規(guī)整流裝置使用非線性器件（如晶體管、二極管等），整流器件的導(dǎo)通角小 于 180176。為此許多國家制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，限制用電電氣設(shè)備產(chǎn)生的最大諧波電流。 PFC電路的作用不僅僅是提高線路或系統(tǒng)的功率因數(shù)，更重要的是可以解決電磁干擾 (Electro Magic Interference ， EMI)和電磁兼容 (Electro Magic Compatibility ， EMC)問題 。因此通常情況下零電壓開關(guān)是指零電壓開通，零電流開關(guān)是指零電流關(guān)斷。其工作過程如圖 1所示，顯然，由于電壓電流沒有重疊過程，因而不會消耗功率。序號： 23 電氣控制系統(tǒng)課程設(shè)計 (論文 ) 題 目 ： 基于 UC3855A 軟開關(guān)功率因數(shù)校正電路設(shè)計 指導(dǎo)老師： 院 系 ： 信 息 與通信工程學(xué)院 專 業(yè) ： 自動化 班 級 ： 0 8 自動化 學(xué)生姓名 : 學(xué) 號 : 2 1. 引言 本設(shè)計的目的在于實現(xiàn)軟開關(guān)的功率因數(shù)校正（ PFC）， 功率因數(shù)校正控制芯片 UC3855的校正原理 及應(yīng)用電路的設(shè)計 ， 各個參數(shù)的計算。同時諧振過程限制了開關(guān)過程中電壓和電流的變化率，使得開關(guān)噪聲也 顯著減小，這樣的電路被稱為軟開關(guān)電路，開關(guān)過程被稱為軟開關(guān)。與開關(guān)并聯(lián)的電容能使開關(guān)關(guān)斷后電壓上升延緩，降低關(guān)斷損耗，稱為零電壓關(guān)斷；與開關(guān)串聯(lián)的電感能使開關(guān)開通后電流上升延緩，降低開 通損耗， 稱為零電流開通，但是利用并聯(lián)電容實現(xiàn)零電壓關(guān)斷和利用串聯(lián)電感實現(xiàn)零電流開通一般會造成總損耗增加、關(guān)斷過電壓增大等負(fù)面影響，因而沒有實際應(yīng)用價值 [1]。 3 功率因數(shù)校正（ Power Factor Correction， PFC） 設(shè)計 PFC原 簡介 PFC是在 20世紀(jì) 80年代發(fā)展起來的一項新技術(shù)，其背景源于離線開關(guān) 電源的迅速發(fā)展和熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器的廣泛應(yīng)用。多數(shù)開關(guān)電源是通過整流器與電力網(wǎng)相接的，經(jīng)典的整流器是二級管或晶閘管組成的一個非線性電路，會在電網(wǎng)中 產(chǎn)生大量電流諧波和無用功功率而污 染電網(wǎng)，使功率因素降低，一般僅為 ~，且其無功分量基本上為高次諧波。 導(dǎo)致功率因數(shù)降低的原因有兩個，一個是線路電壓與電流之間的相位 差 （稱為相位角 φ ） ，另一個是電流或電壓的波形失真。對于開關(guān)整流電路，不良功率因數(shù)主要源于電流波形的畸變， 需要在電路整流后加入功率因數(shù)校正變換電路。根據(jù)橋式整流二極管的單向?qū)щ娦?，只有?AC線路電壓瞬時值高于濾波電容上的電壓時，整流二極管才會因正向偏置而導(dǎo)通，而當(dāng) AC輸入電壓瞬時值低于濾波電容上的電壓時，整流二極管因反向偏置而截止。 圖 2 整流電路 4 (a) (b) (c) 圖 3 仿真電路圖 （ a）電路圖 (b)輸入電壓輸入電流波形 （ c）輸出電壓波形 5 PFC原理 功率因數(shù) （ PF）是指交流輸入有功功率 (P)與輸入視在功率 (S)的比值，即 （ 1） 式中： γ為輸入電流式中失真系數(shù) 22221 nr m s IIII ???? ?為有效值， I1, … ， In為輸入電流的基波與各次諧波分量 總諧波失真系數(shù)公式為 122IITHD nn???? ，于是 21211)(11T H DIIIInnr m s ???????? 即 ??????? c o sc o s)(1 1c o s 21 ?T H DI IPF r m s PFC方案是針對非正弦電流波形而采取的提高線路功率因數(shù)、迫使 AC線路電流追蹤電壓波形的瞬時變化軌跡，并使電流與電壓保持同相位，使系統(tǒng)呈純電阻性的技術(shù)措施。無源 PFC電路利用電感和電容組成濾波器，將輸入電流進行相移及整形，以使功率因數(shù)提高，但這種方法的電路體積龐大、笨重，難以實現(xiàn)高功率因數(shù)。工作原理是：輸入交流電壓信號經(jīng)取樣后與誤 差放大器輸出相乘，產(chǎn)生 PWM驅(qū)動信號，控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止?；诠β室驍?shù)控制 IC的有源 PFC電路組成一個 DCDC升壓變換器，這種 PFC升壓變換器被置于橋式整流器和一只高壓輸出電容之間，也稱作有源 PFC預(yù)調(diào) 節(jié)器。按通過升壓電感元件電流的控制方式來分，主要有 電感電流連續(xù)的乘法器控制即 連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM)、 電感電流不連續(xù)的電壓跟蹤控制即 不連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM)及介 6 于 CCM與 DCM之間的臨界或過渡導(dǎo)通模式 (TCM)三種類型。工作在 CCM的 PFC變換器，輸出功率達(dá) 500W以上乃至 3kW,在 DCM工作的 PFC變換器，輸出功率大多在 60~250W。這是不符合我們的設(shè)計要求的。在各個開關(guān)周期內(nèi)電感峰值電流形成的包跡波，正比于 AC輸入電壓的瞬時變化，呈正弦波波形。在 AC輸入電壓從 0增大的峰值時，開關(guān)頻率逐漸降低。通過升壓電感器和 PFC開關(guān) MOSFET的電流在 AC線路電壓的半周期之內(nèi) (即 0tT/2)，任何時刻都不為 0，而是時刻跟蹤 AC電壓的變化軌跡，其平均電流 (IAC)呈正弦波形，且與 AC電壓同相位，如圖 8所示。峰值電流 幅度 控制（ PCMC）電流環(huán)的程控信號不是直流，而是按正弦規(guī)律變 化。 平均電流 幅度 控制 （ ACMC） 又稱為三角載波控制，在峰值電流控制的基礎(chǔ)上，在乘法器輸出與比較器之間增加了 PI電流控制器，控制器控制輸入輸入電流平均值，使其與電流程控信號波形相同。 10 圖 9 基于 Boost 變換器的 APFC 電路原理圖 圖 10 硬開關(guān) PFC 整流電路 該電路構(gòu)成的 PFC整流電源雖然簡單，但有如下缺點： ① 因開關(guān)管 VM為硬開關(guān) , 開關(guān)損耗大 , 故關(guān)斷時產(chǎn)生的尖峰電壓高 ； ② 因快恢復(fù)二極管 VD 為硬關(guān)斷 , 故關(guān)斷時