【正文】 用在各種電能變換裝置中。基于此，本設(shè)計研究了一種Boost PFC軟開關(guān)電路，它通過構(gòu)造輔助軟開關(guān)電路，最終實現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)。諧波主要有以下主要危害：（1）諧波電流的“二次效應(yīng)”，即諧波電流流過線路阻抗而造成的諧波電壓反過來會使電網(wǎng)電壓波形發(fā)生畸變，引發(fā)電路諧振而造成過電流或過電壓而引發(fā)事故。二是制造不產(chǎn)生諧波的裝置。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。應(yīng)用“相位角余弦”。圖23 帶接近完美的PFC的電源輸入特性通過以上分析，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。這個輸出電壓隨即與一個參考電壓進行比較，所產(chǎn)生的電壓差回饋至PWM控制器。有源功率因數(shù)校正又有分立元器件和集成電路構(gòu)成之分，立元器件和集成電路構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路又有許多不同的電路形式，而由于采用集成電路構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路具有工作可靠、使用性能好等一系列優(yōu)點，所以采用集成電路組成的有源功率因數(shù)校正電路得到了廣泛應(yīng)用。首先，巨大的電感限制了它在許多應(yīng)用中的實用性。因噪聲大，濾波困難，功率開關(guān)管上電壓應(yīng)力大，控制驅(qū)動電平浮動，很少被采用。研究比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛。這就需要增大功率處理元件的設(shè)計余量，以解決最壞情況下的功率耗散。電流放大器的輸出是一個基于分路上平均電流的“低頻”誤差信號和Icp信號。對于較低功率的應(yīng)用，一般使用臨界導(dǎo)電模式(CRM)升壓拓?fù)?。目前文獻上研究的兩級PFC技術(shù)一般都是指Boost PFC前置級和后隨的DC/DC功率變換級。平均電流控制Boost PFC通過檢測Boost電感電流并與正弦電流基準(zhǔn)信號進行比較，所得的誤差信號經(jīng)放大后再與斜坡信號進行比較，產(chǎn)生PWM占空比信號去控制主開關(guān)，以實現(xiàn)單位功率因數(shù)和穩(wěn)定輸出電壓。功率因數(shù)的高低、諧波電流的高低與電感L的大小和電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)，這就是近年研究單級PFC結(jié)構(gòu)的真正動機。我們這里也以Boost電路為背景，介紹PFC的基本原理和實現(xiàn)方面的問題。EMI小。如果二極管的開關(guān)特性優(yōu)異，開通時間很短，開關(guān)S、二極管D、輸出電容的導(dǎo)線回路很短，基本上沒有雜散電感，則通過二極管和電容就可以很好的實現(xiàn)對開關(guān)電壓的鉗位。各種控制方法的區(qū)別主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)的構(gòu)成上。 圖32 電流峰值發(fā)控制的Boost型PFC電路原理圖另外，當(dāng)電感電流以工頻頻率從零逐漸變化到最大值時，開關(guān)的占空比由大逐漸變小，因此有可能產(chǎn)生諧波震蕩（Subharmonic Oscillation）。由于電流調(diào)節(jié)器有較高的通頻帶，可以快速而精確地對電流誤差進行校正，故容易實現(xiàn)接近于1的功率因數(shù)。當(dāng)反饋電流與給定電流之差大于設(shè)置的滯環(huán)寬度時比較器翻轉(zhuǎn)，對開關(guān)器件進行通斷控制。（3）采用定額平均電流模式控制。UC3854主要包含一個電壓放大器、一個模擬乘法器、一個電流放大器、一個恒頻脈寬調(diào)制器（PWM）。電流誤差放大器（CEA）：乘法器輸出的基準(zhǔn)電流和兩端產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。峰值電流限制比較器（LMT）:電流取樣信號加到該比較器的輸入端，輸出電流達到一定數(shù)值后，該比較器通過觸發(fā)器關(guān)斷輸出脈沖。電阻分壓器中位于該端與9腳之間的電阻相當(dāng)于補償電阻，能夠使負(fù)的電流檢測信號的電位升至地電平。電流誤差放大器在其反相輸入端和非反響輸入端上輸入的信號為負(fù)也能正常工作。（7）VA OUT 電壓誤差放大器輸出端。（9）Vref 基準(zhǔn)電壓輸出端。（11）Vsense 當(dāng)控制器出于禁止?fàn)顟B(tài)，或Vcc上的電壓過低時，SS上的電位將保持在地電位。為了吸收對升壓功率MOSFET柵極電容充電時引發(fā)的電流尖峰，該端外接旁路電容。對于5MULT OUT(乘法器輸出端)和2PKLMT(峰值限制端)，分別需要一肖特基二極管來進行鉗位，以便于在出現(xiàn)非正常的過電流和功率上升時產(chǎn)生浪涌電流的時候，對芯片進行保護。按輸出電壓的維持時間要求計算如下： （45） 功率元件（1）功率開關(guān)管開關(guān)管導(dǎo)通時流過的電流為電感電流，電感最大峰值電流為 （46）考慮到輸出二極管的反向恢復(fù)電流，則通過功率開關(guān)管的峰值電流 （47）開關(guān)管承受的最大直流電壓Uds考慮到安全裕量，選用的開關(guān)管電流電壓定額為16A/600V（2）輸出二極管由于開關(guān)頻率較高，所以輸出二極管要采用快恢復(fù)二極管或超快恢復(fù)二極管它們的特點是開關(guān)特性好、反向恢復(fù)快，耐壓高、正向電流大、體積小、安裝簡便?？紤]安全裕量VDVDVD3選擇為16A/600V。另外，還包含柵極驅(qū)動器、低電源檢測器、過流比較器。 控制電路的設(shè)計1 電流檢測電路用采樣電阻檢測電流比用電流互感器成本低，但損耗較大，因此一般選電流采樣電阻RS上的電壓URS=，以減小損耗。三個電阻阻抗之和約為IMΩ。4 反饋補償網(wǎng)絡(luò)的初步設(shè)計（1）.電流環(huán)補償網(wǎng)絡(luò)為了使平均電流控制型電路穩(wěn)定工作，必須使PWM比較器的兩個輸入信號的斜率滿足如下標(biāo)準(zhǔn):被放大的電感電流的下降斜率不能超過鋸齒波的上升率，否則PWM比較器不能正常工作。由于采用軟開關(guān)技術(shù)降低了開關(guān)損耗，所以開關(guān)電源可以在低損耗情況下實現(xiàn)高頻運行。在此注意主要的電流命令其形式已經(jīng)先乘上一個負(fù)增益,再與電感電流感測電壓相加并乘上一個負(fù)增益,在這個流程里,最后一個負(fù)增益將之前主要的電流信號還原。輸入整流電壓、電感電流、輸出電壓如下圖：驅(qū)動信號、電感電流局部放大圖 仿真結(jié)果分析通過PSPICE的仿真結(jié)果分析，可以看出，即使在不同的輸出功率下，在電路未加功率因數(shù)校正電路時，交流輸入側(cè)電流波形只在電壓峰值處有電流，并且當(dāng)負(fù)載為阻感負(fù)載時，電流的波形滯后電壓的波形，故功率因數(shù)低，電流諧波大，對電網(wǎng)的污染比較嚴(yán)重，同時對電能的利用率比較低。由第三章的具體計算和分析各種類型的有源率因數(shù)校正電路，我們得出了平均電流型Boost功率因數(shù)校正電路比其他類型的功率因數(shù)校正電路優(yōu)秀。感謝所有評閱論文的老師和答辯委員會的老師的熱情周到的指導(dǎo)！附錄 4 附錄1燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課題名稱：Boost型功率因數(shù)校正電路及其控制電路設(shè)計 學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院 年級專業(yè)：06級應(yīng)電4班 學(xué)生姓名：王志彬 指導(dǎo)教師：漆漢宏 完成日期：2010324 一、 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義近年來，人們對電源諧波污染日益關(guān)注，要求低諧波含量、高功率因數(shù)電源系統(tǒng)的呼聲越來越高，不少國際標(biāo)準(zhǔn)都對電器設(shè)備和其他非線性負(fù)載向電網(wǎng)注入電流諧波的含量作了嚴(yán)格的限制。近年來隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們對開關(guān)電源的需求與日俱增，開關(guān)電源PFC集成控制器已成為提高開關(guān)電源效率、減少電源污染的核心技術(shù)，開關(guān)電源的開發(fā)、研制和生產(chǎn)已成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽產(chǎn)業(yè)。三、研究步驟、方法及措施 抑制開關(guān)電源產(chǎn)生諧波地方法主要有兩種：一是被動法，即采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或濾除諧波；二是主動法，即設(shè)計新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低以及功率因數(shù)高等特點，即具有功率因數(shù)校正功能。傳統(tǒng)的開關(guān)電源存在一個致命弱點，即功率因數(shù)較低，～，而且其無功分量基本上為高次諧波，其中三次諧波的幅度約為基波幅度的95%，五次諧波的幅度約為基波幅度的70%，九次諧波的幅度約為基波幅度的25%。電力電子裝置的大量使用給電網(wǎng)帶來諧波和無功，造成電網(wǎng)的“污染”，這一問題已引起人們的極大重視。從認(rèn)識問題，考慮問題，理解問題以及到最后解決問題，鄭老師嚴(yán)謹(jǐn)扎實的求學(xué)精神教給我一個新的學(xué)習(xí)的方法，也給了我一個新的導(dǎo)向，更讓我深入理解了大學(xué)所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，讓我深受啟迪。最后證明了PFC的優(yōu)越性。為了使APFC電路具有較好的穩(wěn)定性和動態(tài)性能,電壓、電流環(huán)路中極點的配置,也即電阻電容值的選用,是參照上節(jié)控制回路傳函得出。圖44　電流控制環(huán)路模型推導(dǎo)其傳遞函數(shù),如下列所示:其中,電流誤差放大器中Rci,Rcz, Ccz,Ccp,可以為整個電流開環(huán)引入了兩個極點和一個零點。這就要設(shè)置電壓誤差放大器在二次諧波頻率點上的增益值，公式如下: （4—34）③反饋電容CVF:電壓誤差放大器在二次諧波頻率的增益為 （4—35）④設(shè)置直流輸出電壓:輸出電壓經(jīng)RVI、RVD分壓后與基準(zhǔn)電壓VREF比較。 （4—23） （4—24）2 振蕩器的設(shè)置振蕩頻率由定時電容和充電電流決定，而RSET:設(shè)定充電電流ISET。UC3854通過將乘法器增益調(diào)整為輸入電壓有效值的函數(shù)，從而取消了增益對URMS的平方依賴關(guān)系。整個系統(tǒng)采用的是電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制方案。uC3854是一種專門用于功率因數(shù)校正的控制器。取Cs為1nf，Cr為22nf。1Hz（4）輸出直流電壓Uo：400V（5）開關(guān)頻率fs：50KHz（6）效率η：95% 額定參數(shù)參數(shù)額定值單位偏置電壓Vcc22V柵極驅(qū)動電流，連續(xù)A柵極驅(qū)動電流，AVsense、Vrms輸入電壓11VIsense、Mult Out輸入電壓11VPKLMT輸入電壓5VRset、IAC、PKLMT、ENA輸入電流10mA功耗1W存儲溫度65～150℃焊接溫度300℃ 主要電氣參數(shù)部分名稱電氣參數(shù)最小值典型值最大值單位電壓放大器部分輸出電壓高電平（ILoad=500μA）6V輸出電壓低電平（ILoad=500μA）V輸出短路電流mA基準(zhǔn)電源部分輸出電壓Iref=0V負(fù)載調(diào)整率0820mV線電壓調(diào)整率01425mV乘法器部分IAC限幅220200170μA零輸出22功率限制230200170振蕩器頻率范圍85100115Khz斜坡峰值V斜坡谷底電壓柵極驅(qū)動輸出電壓高電平12V輸出電壓低電平Iout=200mA1欠壓鎖定輸出電壓上升下降時間35ns輸出峰值電流A電流限幅失調(diào)電壓1515mVPKLMT至GT Grv延遲時間150ns使能部分使能閥值A(chǔ)滯回電壓500600mV至Disable的延遲時間300ns軟啟動部分充電電流101424mA其他關(guān)斷狀態(tài)下的偏置電流250400uA工作狀態(tài)下的偏置電流1218mAVcc開通閥值16VVcc關(guān)斷閥值910Vcc鉗位182022 升壓電感的計算電感器由繞組和磁芯組成，起著能量的傳遞、儲存和濾波的作用，決定了輸入電流中高頻紋波的大小。該端在控制器內(nèi)部被箝位于15V,即使Vcc超過35V，控制器仍能正常工作。當(dāng)控制器被禁止或發(fā)生掉電故障時，SS將快速放電至地電位，同時終止PWM脈沖。（12）Rset 振蕩器定時電阻接入端。（10）ENA 使能端。（8）Vrms 線電壓有效值信號輸入端。乘法器輸出的是電流信號，與誤差放大器的非反響輸入端同樣，都具有高阻抗特性，因此誤差放大器可以構(gòu)成差動放大器以抑制地噪聲（6）IAC 交流電流信號輸入端。在控制器被禁止時，電流誤差放大器能保持正常工作狀態(tài)。（2）PKLMT:峰值電流限幅信號輸入端。PWM比較器（PWM COMP）：電流誤差放大器輸出信號與振蕩器的鋸齒波電壓經(jīng)該比較器后，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，該信號加到觸發(fā)器。使能比較器（EC）：使能腳（10腳），輸出級輸出驅(qū)動脈沖，輸出級關(guān)斷。（7）具有電流放大器電壓放大器輸出鉗位功能。它的主要特點是:可以控制ACDC BOOST PWM變換器的輸入端功率因數(shù)接近于1；限制輸電流的THD小于3%；采用平均電流控制方法；恒頻控制；電流放大器的頻帶較寬(5MHz)等。平均電流控制法的主要優(yōu)點是：1 恒頻控制2 電流連續(xù)，開關(guān)電流定額小。平均電流控制法的系統(tǒng)構(gòu)成示于圖33。由于電感電流連續(xù)且紋波很小的情況下電感電流峰值與平均電流很接近，因此這種方法可以很好地實現(xiàn)PFC。實現(xiàn)功率因數(shù)校正有幾種工作方式可供選擇。缺點：1. 輸出輸入之間無絕緣隔離。這個給定信號與電感電流檢測（反饋）信號比較后，差值送給電流調(diào)節(jié)器。 第3章 單項功率因數(shù)校正技術(shù)我們這里介紹的功率因數(shù)校正技術(shù)由于使用了有源器件，所以叫做有源功率因數(shù)校正（Active Power Correction）。研究單級PFC技術(shù)的目的是減少元器件數(shù)量，降低成本，提高效