【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文）與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果，不包含他人已申請學(xué)位或其他用途使用過的成果。學(xué)校有權(quán)保留送交的畢業(yè)設(shè)計（論文）的原文或復(fù)印件，允許畢業(yè)設(shè)計（論文）被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨籍厴I(yè)設(shè)計（論文）的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計（論文）。畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：本科學(xué)生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間畢業(yè)設(shè)計（論文）工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院。在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生活的各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。從課題的選擇到項目的最終完成，畢老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。隨著三相PFC整機(jī)成本的提高和開關(guān)頻率的降低，依托高速的數(shù)字處理器，數(shù)字控制是發(fā)展的主流。尋求更加簡化的控制策略、降低PFC成本、減小THD和EMI、降低器件開關(guān)應(yīng)力、提高整機(jī)效率仍然是今后PFC控制策略的發(fā)展趨勢。通過研究發(fā)現(xiàn)基于IR1150的Boost PFC電路的諸多優(yōu)點，如沒有模擬乘法器、輸入電壓采樣、電流環(huán)路補(bǔ)償以及固定的三角波振蕩器，設(shè)計步驟減少了一半，大大節(jié)約了設(shè)計的時間；同時由于采用緊湊的SO8封裝，且所需外圍元器件少，有助于將PFC控制板面積縮減一半，節(jié)約成本。因為遠(yuǎn)大于，所以遠(yuǎn)大于，由（）簡化得： ()得到： () 本章小結(jié)本章在介紹IR1150實現(xiàn)有源功率因數(shù)校正原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了300W APFC變換器參數(shù)設(shè)計過程。就是為了提供足夠的相位裕度和帶寬限制，一般把的零點頻率設(shè)置在小于10Hz以便得到足夠的相位裕度，極點設(shè)置為1KHz(遠(yuǎn)低于開關(guān)頻率)以避免開關(guān)噪聲的影響。用得到： ()由()代入()得到： ()于是得到： (447)又由IR1150單周期控制方程式得到： ()式()和()兩邊相乘得到： ()再由()和式()相乘得到PWM控制到功率輸出部分的恒功率輸出電壓傳遞方程： ()從上式可知，和預(yù)期的一樣，功率部分的增益隨輸入電壓而變化。為了得到的關(guān)系，我們可以把它分解成如下關(guān)系： ()其中的為輸入平均電流瞬時值。如果輸出是DC/DC這樣的恒功率負(fù)載，為了保證恒功率輸出，當(dāng)BOOST輸出電壓降低時，輸出電流會增加，交流阻抗為Rout，所以在輸出恒功率的電路中，和可以認(rèn)為不存在，電流源只對輸出電容供電。 功率部分電路的低頻小信號模型APFC輸出電路往往接純電阻負(fù)載或恒功率負(fù)載，兩種負(fù)載將得到不同的輸入輸出方程。由于輸出電容中的ESR產(chǎn)生的零點遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于交越頻率，所以可以忽略。(7)電壓反饋電路設(shè)計，整個回路開環(huán)增益有四個部分組成，其值為： ()占空比VinVrefVoutVFBVm功率轉(zhuǎn)換G(s)OCC調(diào)制器H3(s)誤差放大器H2(s)輸出分壓H1(s) 電壓環(huán)(71)輸出分壓：輸出電壓經(jīng)過分壓輸入到誤差放大器和參考電壓進(jìn)行比較，輸出電壓的大小由公式()所決定，由此得到為： ()由于，得到： ()這個部分簡單的把輸出電壓轉(zhuǎn)化成了參考電壓。 電流檢測濾波器(6)軟啟動電路設(shè)計軟啟動控制是通過控制誤差放大器的上升斜率來實現(xiàn)的，它是輸出補(bǔ)償電容和誤差放大器的最大輸出電流的函數(shù)。在峰值電流控制模式下，電流檢測回路一般還要外加濾波器，簡單的RC濾波就可以了，角頻率由下式?jīng)Q定： (),RC濾波器的推薦值為：，此電阻也可以阻止浪涌電流和瞬變電流對電流檢測腳的沖擊； 取這樣的元件值，是對濾波效果（）和保證峰值電流控制模式中的檢測電流信號完整性的折衷。IR1150除了有軟峰值電流保護(hù)外，(限制每個周期的占空比來限制峰值電流)，芯片還提供了一個更快的過流比較器，如果脈沖電流達(dá)到了它的門限()，芯片就沒有輸出，更自接的限制了電流，如，則峰值電流保護(hù)點為： ()(5)電流檢測回路中濾波參數(shù)的設(shè)計芯片內(nèi)部的電流放大器在280KHz左右存在一個極點，進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償，這是為了減弱峰值電流模式控制引起的高頻開關(guān)噪聲對電路影響。但當(dāng)增加到最大值時，出現(xiàn)飽和，此時占空比不再增加，這樣在輸入電壓降低或負(fù)載加重時，Boost輸出電壓將下降。輸入最大電流發(fā)生在最小輸入電壓且負(fù)載最重時，所以檢測電阻選取必須保證在最小輸入電壓最大輸出功率時，Boost應(yīng)保持恒定輸出電壓。另外一個是峰值電流門限，當(dāng)檢測電阻上的電壓超過峰值電流門限時，IC進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，沒有驅(qū)動輸出，形成了即時的保護(hù)。 電阻Rf和頻率的關(guān)系曲線(4)電流環(huán)和過流保護(hù)點設(shè)定IR1150電流檢測腳是電流檢測放大器和過流保護(hù)比較器的輸入腳。頻率升高，電感的尺寸可減小，但功率管的開關(guān)損耗就增加。確定工作作頻率后，就可以從曲線中選擇相應(yīng)的電阻值。 過壓比較器的遲滯波形OVP保護(hù)腳是另外一個獨立的腳，所以可以隨意設(shè)定過壓點，其值由下式確定： ()根據(jù)設(shè)計規(guī)則，過壓保護(hù)點設(shè)計為425V,取，1%精度，于是得到為： ()下式()驗證實際的過壓保護(hù)點： ()的功耗和前面的的功耗是一樣的。425V過沖電壓門限是一個比較合適的值。,1%精度因為輸出電壓設(shè)計為380V，參考電壓為 7V，由下式?jīng)Q定為： ()取標(biāo)準(zhǔn)阻值。折中的選法取總值為。 控制電路設(shè)計(1)輸出電壓分壓電阻設(shè)計輸出電壓經(jīng)過三個電阻,和分壓取樣，為了降低整個分壓電阻的功耗，滿足待機(jī)功耗的要求和提高整個電路的效率，這些電阻值盡可能選的大。(3)輸出電容的計算APFC變換器輸出電容的設(shè)計是基于輸出電壓的維持時間，一個合適的設(shè)計，輸出電容的紋波電壓和紋波電流不是問題。相反，如果允許的電感紋波電流大時，所需的電感量就小，可選的磁芯就可以小一點，可對上述提到的方面都有不利影響。最小輸入電壓的峰值電壓為： ()此時的占空比為： () 假設(shè)電感電流的紋波電流為峰值的20%為： ()于是得到Boost電感最大過載峰值電流為： () 其中為過載系數(shù)(=10% )得到電感量L為： ()是基于假設(shè)電感電流紋波為20%，這是一種折中的假設(shè)，小的電感紋波電流，有利于減少輸入電流波形的畸變，減少輸出電容的高頻紋波，降低開關(guān)管的峰值電流，對EMI都有好處。此電容還可以作為EMI的濾波電容，在線路板排板時，盡量靠近高頻環(huán)路，以濾除高頻分量。內(nèi)部電流控制環(huán)由IR1150的2腳和相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成，用于調(diào)整Boost變換器的輸出脈寬，以保證電流與輸入交流電壓的相位一致。IR1150電源供電部分的輸入由變壓器次級繞組提供。 IR1150 APFC電路原理圖見附錄1原理圖。另外，IC提供了足夠的驅(qū)動能力()去有效的開關(guān)Boost電路中像Mosfet這樣的功率開關(guān)管。IR1150的另一個特點是它可以工作在“睡眠”狀態(tài)，處于這種狀態(tài)時，IC內(nèi)部的功能電路都不工作，此時IC只需要200的靜態(tài)電流，這個功能可以降低整個電路的待機(jī)功耗。(4)Boost電壓輸出欠壓保護(hù)當(dāng)輸出電壓降到正常值的50%時，控制器關(guān)斷。(3)Boost電壓環(huán)開環(huán)和輸出過壓保護(hù)功能當(dāng)電壓反饋環(huán)路被斷開時，芯片將停止工作，避免了在開環(huán)時輸出電壓過高而引起電路的災(zāi)難性失效。IR1150會檢測輸出電容上的電壓，當(dāng)輸出電壓達(dá)到一定值（20%Vout）時，驅(qū)動才有輸出，且此時的驅(qū)動信號的占空比是受限的(占空比很小)，從而實現(xiàn)了軟啟動功能，避免了開關(guān)管在啟動時流過過大的電流，并且軟啟動時間可以通過外接電容來設(shè)置。此芯片還具有如下的功能來保證實際應(yīng)用電路的可靠性。腳7(VCC)芯片供電端。電壓環(huán)誤差放大器反向輸入端，輸出電壓經(jīng)過電阻分壓后接入該引腳，通過該引腳的作用來控制電路輸出電壓。若出現(xiàn)輸出空載以及輸出電壓過低的情況，該引腳將被強(qiáng)制置為低電平。 腳5(COMP)電壓環(huán)誤差放大器輸出端。 V以下，芯片進(jìn)入電流消耗僅為200mA的“休眠模式”。用于過壓保護(hù)和“休眠模式”使能。該引腳接收電感電流檢測信號并提供峰值電流限制功能。該引腳通過接地電阻設(shè)定芯片工作頻率，設(shè)定范圍為50～200 kHz。IR1150管腳如下： IR1150管腳圖腳1(COM)接地端。如果Boost電感值不夠大，轉(zhuǎn)換器又工作在輕載，電流波形在過零時會有一定的畸變，這種畸變會引起電流諧波，但這些諧波還是能滿足D類標(biāo)準(zhǔn)EN6100032，所以作為產(chǎn)品應(yīng)用不是問題。 單周期控制電路的工作波形4 單周期控制BOOST結(jié)構(gòu)APFC電路設(shè)計 IR1150芯片功能IR1150是一款工作在連續(xù)模式固定頻率Boost結(jié)構(gòu)有源功率因數(shù)校正芯片。當(dāng)時鐘脈沖到來時，RS觸發(fā)器Q端被置位高電平，主回路開關(guān)管S導(dǎo)通，電壓加到電感L兩端，電感電流開始線性上升，電感儲存能量；端此時為低電平，積分器對誤差輸入信號進(jìn)行積分；同時通過減法器相減，其差值和積分器的輸出進(jìn)行比較，當(dāng)積分器的輸出值達(dá)到與的差值時，比較器輸出為高電平使RS觸發(fā)器復(fù)位，Q端輸出低電平，主回路開關(guān)管S關(guān)斷，同時端此時為高電平，積分器復(fù)位，同時電感L電流線性下降，電感向負(fù)載和輸出電容釋放能量，這種狀態(tài)一直持續(xù)到下一個時鐘脈沖的上升沿到來再重復(fù)上一周期的過程。該基本電路由以下幾個主要部分組成：一個PI調(diào)解器、一個積分復(fù)位器、一個比較器、一個RS觸發(fā)器、一個時鐘信號發(fā)生器和一個驅(qū)動放大器。電網(wǎng)提供的電流與電網(wǎng)電壓同頻同相位，所以實現(xiàn)了功率因數(shù)校正的目的。在穩(wěn)態(tài)時，從整流橋輸出看它所接的電路，可以看作一純電阻時，就達(dá)到了控制目的。開關(guān)管S關(guān)斷時， (b)，線圈為了保持電感電流不變，其兩端極性反轉(zhuǎn)，此時電感里的磁能轉(zhuǎn)化成的電壓與電源電壓串聯(lián)