【導(dǎo)讀】理及應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)，各個(gè)參數(shù)的計(jì)算。掌握Matlab的電力電子仿真。消除開關(guān)過程中電壓、電流的重疊，降低它們的變化率，從而減小甚至消除開關(guān)損耗。路，開關(guān)過程被稱為軟開關(guān)。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(huì)。是開關(guān)關(guān)斷前其電流為零，則開關(guān)關(guān)斷時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生耗損和噪聲，這種關(guān)斷方式稱為零電。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。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。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。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。導(dǎo)通，而當(dāng)AC輸入電壓瞬時(shí)值低于濾波電容上的電壓時(shí)，整流二極管因反向偏置而截止。PFC的基本目的在于使電流，電壓波形相同且相位一致。PFC分無源和有源兩種類型。目前流行的是有源PFC技術(shù)。高頻有源PFC電路由DC/DC變換器組成。管截止；開關(guān)管截止時(shí)，二極管導(dǎo)通。

　　

【正文】 IPK 發(fā)生在輸出功率最大，而輸入電壓 VIN 最低時(shí)。假定電路具有理想的效率， PI≈ Po（ max） ，則最大網(wǎng) 側(cè)輸入峰值電流為 AVPI INinpk )(222 m i n ??? 電流波紋以 電流的 20%計(jì)算，故 Δ I=*=。穩(wěn)態(tài)情況下功率開關(guān)的每次切換中，電感和電容應(yīng)無能量積累。功率開關(guān)的占空比為： 10 )85(24 10 ?????OinOV VVD （其中 Vin 為最低輸入電壓的峰值） 升壓電感為 HsIf DVIDTVL Sinsin ?? 20 4**85*2 ?????? 3）輸出電容 —— 儲(chǔ)能升壓電容：輸出電容一般根據(jù)輸出功率選取，通常每瓦需約 1~2μ F，考慮到電路維持時(shí)間要求， 時(shí)間電容值可按下式計(jì)算 )/(2 22 O M I NOOO VVtPC ??? 式中 VOMIN—— 最低輸出電壓 Δ t—— 保持時(shí)間，可根據(jù)負(fù)載要求選取 根據(jù)文獻(xiàn) [13] 電容選取 500V， 410μ F 4）開關(guān)管和開關(guān)二極管的選擇：選擇開關(guān)管之前應(yīng)知道在各種運(yùn)行狀態(tài)下的峰值電壓和峰值電流。開關(guān)管的耐壓應(yīng)降額 75%使用，如升壓變換器輸出電壓 VDC 為 410V，則應(yīng)選用 500V 的開關(guān)，電流選取應(yīng)等于峰值電感電流。當(dāng)變換器為 20kHz 左右時(shí)，可選用雙極型晶體管，如果高于 20kHz 則可選用 IGBT 或 MOS 管。小功率 MOSFET 很適用于這類場合，故而本設(shè)計(jì)采用 MOSFET。 與升壓電感相連的開關(guān)二極管在電壓、電流定額滿足要求的同時(shí)，還應(yīng)考慮其反向恢復(fù)時(shí)間小于 1%的開關(guān)周期， UF 系列的二極管反向恢復(fù)時(shí)間為50ns，特別適用于此類應(yīng)用。 綜上所述，采用擊穿電壓為 DC500V，額定電流為 23A 的功率 MOSFET。二極管采用高速、高壓肖特基二極管，反向恢復(fù)時(shí)間低于 50ns，擊穿電壓為 DC600V，額定電流為 15A。 21 5） 電流取樣 —— 電流檢測電阻的設(shè)計(jì)： 該電阻設(shè)計(jì)的依據(jù)是，在最小負(fù)載狀態(tài)下，該檢測電阻上的峰 值電壓要不小于 0. 3V，當(dāng)小于 0. 3V 時(shí)，一般控制 IC 就不能正常工作。本設(shè)計(jì)采用電阻取樣，電流取樣電阻 Rs 兩端峰值電壓不能大于 1V。總峰值電流為 Ipk+ I=+*1. 7=，故 Rs=1V/= ，實(shí)際選取時(shí)要稍大于 。 （ 4） ZVT 電路設(shè)計(jì) ZVT 電路有有源緩沖功能， Lr 使二極管實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷， Cr 使 MOSFET 實(shí)現(xiàn)軟開通。 1）諧振電感 Lr： 諧振電感控制的二極管的電流變化率 di/dt 。 在設(shè)計(jì) Lr 時(shí) ,應(yīng)根據(jù)快恢復(fù)二極管電流的反向恢復(fù) 時(shí)間 t rr 來確定。而且在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí) ， 通常將快恢復(fù)二極管的電流下降時(shí)間設(shè)計(jì)為 3 倍的反向恢復(fù)時(shí)間。 如果受控 di/dt 已經(jīng)給出 ，當(dāng)反向恢復(fù)時(shí)間 為 60ns 時(shí)，電感可以按以下方法計(jì)算 sAtIdtdi rrip ?/533/ ?? HdtdiVL Or ? 1 0/ ??? 其余參數(shù)電路的計(jì)算參考文獻(xiàn) [12]。 基于 UC3855的軟開關(guān)功率因數(shù)校正電路的建模與仿真 PFC 電路是一個(gè)電壓電流雙閉環(huán)的控制電路，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，控制輸入電流跟隨輸入電壓的波形變化；外環(huán)為電 壓環(huán)，控制輸出電壓的穩(wěn)定。 Boost 主電路工作在 CCM 模式下，通過對功率管的脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和輸出電壓穩(wěn)定。電流誤差放大器（ CEA， Current Error Amplifier）— PWM 比較器 — 功率管 — 電流傳感電阻（ RS）構(gòu)成了電流內(nèi)環(huán)；電壓誤差放大器（ VEA， Voltage Error Amplifier） — 乘法器 — 電流內(nèi)環(huán) — 輸出端分壓器（ R4 和 R5）構(gòu)成了電壓外環(huán)。乘法器的 B 和C 引入的是輸入電壓的前饋。當(dāng)電路穩(wěn)定工作時(shí)， Boost 輸出端電阻分壓器將電壓誤差信號(hào)送入VEA，與 Vref 相比較產(chǎn)生電壓控制信號(hào)，同時(shí)結(jié)合前饋電壓在乘法器中產(chǎn)生電流編程信號(hào)。 CEA前的電阻網(wǎng)絡(luò)將實(shí)際電流信號(hào)與電流編程信號(hào)相減后輸入 CEA。其輸出信號(hào)再與三角波進(jìn)行比較，得到的變寬脈沖即可實(shí)現(xiàn)控制目的。 22 圖 17 軟開關(guān) ZVTPFC 電路的總體功能結(jié)構(gòu) 由于輸入電壓是全波整流波形，含有豐富的諧波，因此，為使電流環(huán)工作穩(wěn)定，并使平均電感電流有較好的動(dòng)態(tài)跟蹤能力，電流環(huán)須設(shè)計(jì)成有較高的低頻增益、較寬的中頻帶寬、合理的相位裕量以及較強(qiáng)的開關(guān)紋波抑制能力。 圖 18 電流環(huán)方框圖 因?yàn)檩敵鲭妷喊^大的二次諧波分量，所以輸入電壓控制環(huán)必須設(shè)計(jì)成低寬帶，以保證輸入電流控制命令不受這二次諧波的影響，并防止輸入電 流的畸變。典型的穿越頻率應(yīng)設(shè)計(jì)成不超過 20Hz。 圖 19 電壓環(huán)方框圖 23 加入 PFC 校正電路后的仿真圖如圖 20 所示 圖 20 校正后的輸入電壓，電流圖 3. 總結(jié) 在這次設(shè)計(jì)中，從準(zhǔn)備到搜集資料 再到最后完成花了將近兩周的時(shí)間。在這兩周不到的 時(shí)間里，我找了大概有一百多篇論文、專業(yè)書籍及相關(guān)文獻(xiàn)。找資料花了很多時(shí)間，并且有很多都沒有用上，這也是設(shè)計(jì)開始沒做好計(jì)劃導(dǎo)致失誤。雖然有點(diǎn)不足， 但收獲卻是主要的。在這次設(shè)計(jì)過程中，學(xué)到了如何更有效的查找收集資料，如何找到更有參考價(jià)值的資料，如何安排時(shí)間等。這些雖然是專業(yè)之外的，但是對于寫論文的效率卻有著決定性作用。另外在本次設(shè)計(jì)中，更進(jìn)一步了解了軟開關(guān)， PFC， Boost 電路等電力電子學(xué)的知識(shí)，對自動(dòng)控制原理的應(yīng)用也有了更直觀更深刻的認(rèn)識(shí)，這對以后更進(jìn)一步的學(xué) 習(xí)有著很大的促進(jìn)作用。 此外，本次設(shè)計(jì)第一次參考了英語文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)中，很多英語文獻(xiàn)有著相當(dāng)大的參考價(jià)值，這對以后的研究是很有的幫助的。 24 參考文獻(xiàn) ： [1] 王兆安，黃?。娏﹄娮蛹夹g(shù) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. [2] 嚴(yán)仰 光，阮新波 . 直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù) [M].北京：科學(xué)出版社， 2020. [3] 榮軍，李宏 .基于 Matlab 的高功率因素校正技術(shù)的仿真研究 [J].電源世界， 2020(6). [4] 羅佳明，戴慶元 . 開關(guān)電源 PFC 控制芯片電路和應(yīng)用分析 [J]. 電源技術(shù)應(yīng)用， 2020(4). [5] 劉夏青 , 亢敏 .高功率因數(shù) BoostAPFC 電路仿真分析 [J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2020(2). [6] 田一華 ,王曉華 ,魯俊環(huán) . 單相 Boost 型 APFC 電路的設(shè)計(jì)及仿真研究 [J]. 佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版 )， 2020(11). [7] 姚為正 ,楊旭 ,王兆安 . 零電壓轉(zhuǎn)換單相 PFC整流電路的實(shí)驗(yàn)研究 [J].電力電子技術(shù) ， 1998(2) [8] 毛興武，王守志 . 功率因數(shù)校正電路（ PFC）電路工作原理及應(yīng)用 [9] 楊旭 ， 王兆安 . 零電壓過渡 PWM 軟開關(guān)電路的損耗計(jì)算 [J]. 電力電子技術(shù) ， 1999(2). [10] 曹建安，王兆安，于文斌，鄒巖 . UC3855 的應(yīng)用與 ZVT PFC 電路的設(shè)計(jì) [J].電力電子技術(shù)， 2020 (12) [11] 李宏 .電力電子設(shè)備用器件與集成電路應(yīng)用指南 第 2 冊 控制用集成電路 [M].機(jī)械工業(yè)出版社 2020 [12] James .A 250kHz,500W Power Factor Correction Circuit Employing Zero Voltage Transitions[J].Unitrode Corporation ,1994(10) [13] L. H. Dixon, High Power Factor Switching Preregulator Design Optimization, Unitrode Power Supply Design Seminar SEM700. 1990(Republished in SEM800) [14] 楊光，許維勝，余有靈 .功率因數(shù)校正電路的建模與仿 [J]. 系統(tǒng)仿真技術(shù) ,2020,1(3)