【正文】 到乘法器進(jìn)行調(diào)制， 其輸出值作為控制電感電流的給定信號。 型 PFC 電路的構(gòu)成及特點(diǎn) PFC 電路的構(gòu)成 Boost 型有源功率因數(shù)校正電路的構(gòu)成示于圖 31。是他用于 PFC較其它電路更為廣泛。一般地講，所有的變流器拓?fù)?，?Buck、 Boost、 Flybick、 Cuck等都可以用作 PFC的主電路。 本章小結(jié) 有源功率因數(shù)校正技術(shù)蓬勃發(fā)展， 平均電流型有源功率因數(shù)校正技術(shù)適用于大功率 ， 成為工業(yè)設(shè)計(jì)中首選方式。 單級 PFC技術(shù)的研究仍呈上升的趨勢，原因是其性能尚未打到最優(yōu)，許多問題 有待進(jìn)一步解決。為了保證高輸入功率因數(shù)，燕山大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 輸入電感的電流應(yīng)當(dāng)為電流不連續(xù)模式，在這里控制器的作用是保證快速、穩(wěn)定輸出。與傳統(tǒng)的兩級電路相比，省掉了一個(gè) MOSFET,但增加了一個(gè)二極管。優(yōu)點(diǎn)是定頻控制，功率因數(shù)較高；缺點(diǎn)是要檢測電感電流，控制器外圍參數(shù)設(shè)置和選擇較 為復(fù)雜。其中正弦電流基準(zhǔn)信號由乘法器輸出獲得。目前最為常用的控制技術(shù)有三種，即平均電流控制 Boost PFC、 CCM/DCM邊界控制 Boost PFC以及電流箝位控制 Boost PFC,下面研究平均電流控制 Boost PFC。相應(yīng)地就有許多軟開關(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)，另一種是無源吸收技術(shù)。在我國如果僅考慮單相輸入且最高電壓為270V，則該母線電壓就須設(shè)置為 385V～ 400V。對 Boost PFC前置級而言，研究的熱點(diǎn)主要有兩個(gè)，一是功率級的進(jìn)一步完善，二是 PFC控制的簡化。這種硬件形式是 AC/DC技術(shù)發(fā)展的新方向。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。 振 蕩 器電 流 放 大器輸 出 地輸 出 圖 25. 平均電流模式控制電路圖 功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展趨勢 APFC 控制電路硬件的發(fā)展趨勢 APFC控制電路的硬件形式正向兩個(gè)方向發(fā)展，一是用于 APFC的集成控制電路的研發(fā)，國外有多家公司生產(chǎn)用于 APFC的專用集成控制器。因?yàn)閮?nèi)置 PFC的電路應(yīng)用范圍已經(jīng)拓展，所有對于更多樣化的 PFC解決方案的需求也正在不斷增長。對于較高功率的電路而言，通常選擇的拓?fù)錇樵谶B續(xù)導(dǎo)電模式 (CCM)下工作的升壓轉(zhuǎn)換器，并帶有平均電流模式控制 (ACMC)。 由上述分析可以得出， 對于不同的最終應(yīng)用要求和主要的推動因素，PFC電路的選擇會有所不同。 PWM控制器模塊的任務(wù)是使平均輸入電流與參考匹配。和電壓模式控制電路的情形一樣，此信號被拿來同振蕩器的鋸齒波信號進(jìn)行比燕山大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 較， PWM比較器將根據(jù)這兩個(gè)輸入信號生成一個(gè)占空比。因此，在 Rshunt上的電壓降必須等于 Rcp上的電壓，因?yàn)樵陔娏鞣糯笃魍喽说妮斎腚娮枭蠜]有直流電流。電流 Icp在 Rcp上產(chǎn)生了一個(gè)電壓。電流放大器是電流信號的積分器和誤差放大器。 P W M 控制交 流 輸 入電 壓乘 以K m平 方 K s除 以 K d負(fù) 載 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 Icp來穩(wěn)定平均電流（輸入或輸出）的控制電路。這個(gè)方案的缺點(diǎn)在于乘法器乘積的可變性。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。此信號 Vi 是輸入電壓 Vin 進(jìn)行幅度變換后的復(fù)制品，由電壓誤差信號除以輸入電壓的平方得到（經(jīng)過 Cf 濾波，使得它成為和輸入幅度成正比的變換系數(shù)）。 圖 23顯示了連續(xù)模式 PFC 的典型方法。 另外，按按輸入電流的控制原理分類，還有以下幾類： （ 1） 平均電流型 （ 2） 滯后電流型 （ 3） 峰值電流型 （ 4） 電壓控制型 幾種 方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，很多資料和參考書籍上也有相關(guān)介紹。 （ 4） 升壓式 (Boost) 簡單電流型控制， 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。 （ 3） 反激式 。 （ 2） 升／降壓式 。 有 源功率因數(shù)校正 有源功率因數(shù)校正 電路按拓?fù)?分類 有以下幾大類 （ 1） 降壓式 。 （ 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?060 左右），會形成一個(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 100%，同時(shí)還會引起電網(wǎng)電壓波形的畸變。最后，未穩(wěn)壓的電壓會提高燕山大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 PFC段后直流 直流轉(zhuǎn)換器的成本，并降低其效率。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 圍開關(guān)。 盡管它的特點(diǎn)是簡單，無源 PFC電路仍有一些缺點(diǎn)。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源功率因數(shù)校正電路的體積也就可能比較大。 無 源功率因數(shù)校正 無源功率因數(shù)采用的無源元件多為由電感和電容組成的低通、帶通濾波器，工作在交流輸入市電的工作頻率（ 5060Hz），將輸入電流波形進(jìn)行相移和整形。 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)較有源簡單許多，成本也比較低，只要對諧波電流控制適當(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。正如前面多分析的常用的功率因數(shù)校正方法主要有有源功率因數(shù)校正 (APFC)和無源功率因數(shù)校正（ PPFC）兩大類。（ 2）是輸入電流正弦化，即 1IIi ?（諧波為零），即可以使 PF= ??cos =1。此時(shí)誤差電壓信號的調(diào)變是由整流后的交流電壓和輸出電壓的變化來控制的，最后誤差電壓信號回饋至 PWM控制器，也就是說，當(dāng)交流電壓較高時(shí)， PFC電路就從交流電源吸取較多的功率；反之，若交流電壓較低，則吸取較少的功率，如此可以抑第 2章 功率因數(shù)校正 7 制交流電流諧波產(chǎn)生。這個(gè)誤差電壓信號用來改變脈沖波寬度的大小，如果輸出電壓過高，脈沖波寬度會減小，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。一 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的變換器利用脈沖波寬度調(diào)制（ PWM）技術(shù)來調(diào)整輸入功率大小，以供應(yīng)適當(dāng)?shù)呢?fù)載所需功率脈沖波寬度調(diào)變器控制切換開關(guān)（通常是 Power MOSFET）將直流輸入電壓變成一串電壓脈沖波，隨后利用變壓器和快速二極管將其轉(zhuǎn)成平滑的直流電壓輸出。 PFC技術(shù)應(yīng)用到新型開關(guān)電源中，已成為新一代開關(guān)電源的主要標(biāo)志之一。同時(shí)， γ 值低，則表示輸入電流諧波分量大，將造成輸入電流波形畸變，對電網(wǎng)造成污染，嚴(yán)重時(shí)，對三相四線制供電，還會造成中線電位偏移，致使用電電器設(shè)備損壞。 可見功率因數(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。它的電流波形和電壓波形的形狀和相位都極為相似。順便 說一下，這個(gè)電源的功率因數(shù)大約為 。注意到幾乎沒有偶次諧波，這是波形對稱的結(jié)果。 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。 圖 21. 不帶 PFC的典型開關(guān)模式電源的輸入特性 請注意，盡管電流波形有嚴(yán)重失真，電流和電壓仍可以完全同相。電流脈沖為周期的 10%到 20%是十分常見的，這意味著脈沖電流應(yīng)為平均電流的 5 到 10 倍。在這種情況下，只在輸入波形的各峰值處從輸入端吸收電流，而且電流脈沖必須包含足夠的能量，以便在下一個(gè)峰值到來之前能維持負(fù)載電壓。因?yàn)檩斎腚娐返?原因，開關(guān)模式電源對于電網(wǎng)電源表現(xiàn)為非線性阻抗。在電工基礎(chǔ)課程中，功率因數(shù)往往就是如此定義，但是它僅適用于特定情況 ，即電流和電壓都是純正弦波。如果電流和電壓是正弦波而且同相，則功率因數(shù)是 。 仿真分析平均電流型 Boost功率因數(shù)校正電路。 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。 諧波抑制的途徑：一是使用諧波及無功補(bǔ)償裝置， 用其產(chǎn)生與電網(wǎng)諧波頻率相同但相位相反的諧波，抵消其影響。 （ 6）干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳 遞，甚至損壞通信設(shè)備 。 （ 4） 使繼電保護(hù)、自動裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及許多用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；虿荒苷幼骰虿僮?。 （ 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 。 脈沖狀的交流輸入電流波形中還有大量的諧波電流成分，大量的諧波電流倒流入電網(wǎng)即諧波輻射（ harmonica emissions）會對電網(wǎng)造成污染，諧波就是一定頻率的電壓或電流作用于非線性負(fù)載時(shí) ,會產(chǎn)生不同于原頻率的其它頻率的正弦電壓或電流的現(xiàn)象。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關(guān)器件。 諧波電流對電網(wǎng)的危害 其實(shí)諧波污染和由諧波引起的功率因數(shù)降低等問題早就存在，只不過由于當(dāng)時(shí)開關(guān)器件使用的相對較少，對諧 波危害尚無深刻認(rèn)識，在很長時(shí)間里并沒有引起人們的 足夠重視。 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”，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)。但典型Boost電路的功率因數(shù)及電路傳輸效率都有待改進(jìn)。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（如燕山大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 UC3842~UC3855A 系列 ,KA7524,TDA4814 等）的開發(fā)。由于環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展的觀念已深入人心，高效率 、 高品質(zhì) 、 無污染地使用電能，已經(jīng)成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)的潮流，因此功率因數(shù)校正技術(shù)成為當(dāng)今功率電子技術(shù)領(lǐng)域中的前沿和熱點(diǎn)。開關(guān)器件的引入一方面提高了裝置的變換效率，另一方面也帶來了諧波污染和功率因數(shù)低下等問題。整流電路作為電網(wǎng)與電力電子裝置的接口電路，構(gòu)成直流穩(wěn)壓電源，為電力電子裝置提供高質(zhì)量的直流電能。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、航天等人類社會活動的各個(gè)領(lǐng)域之中。電能的主要變換電路形式有 ACDC、 DCDC、DCAC 和 ACAC 四大類。用電設(shè)備過低的功率因數(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。計(jì)算機(jī)、電子設(shè)備、儀器儀表、通信設(shè)備和家用電器等對電能質(zhì)量有一定的要求，電能質(zhì)量低可能導(dǎo)致機(jī)器無法正常工作甚至不能工作。根據(jù)參數(shù)， 基于 PAPICE 環(huán)境下對功率因數(shù)前后的電路進(jìn)行了仿真。 本文在參閱國內(nèi)為大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜合了近年來國內(nèi)外功率因數(shù)校正的發(fā)展?fàn)顩r，簡要分析了無源功率因數(shù)與有源功率因數(shù)的優(yōu) ﹑ 缺點(diǎn)，并詳細(xì)分析了有源功率因數(shù)校正的基本原理和控制方法，選擇 BOOST 變換器為主電路拓?fù)?，采用平均電流控制?UC3854A 控制器。上世紀(jì)九十年代以來， PFC控制技術(shù)越來越多的引起人們的關(guān)注。近年來，功率因數(shù)校正技術(shù)作為抑制諧波電流，提高功率因數(shù)的行之有效的方法，備受人們關(guān)注。 （此行文字閱后刪除）摘要 I 摘要 近幾十年來，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。 3. 仿真分析平均電流型 Boost功率因數(shù)校正電路。 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。 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） （ Boost型功率因數(shù)校正電路及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） （ 王志彬 ） 燕 山 大 學(xué) 2021年 6 月 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） （ Boost 型功率因數(shù)校正電路及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ） 學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 應(yīng)用電子 學(xué)生 姓名： 王志彬 學(xué) 號： 050103030194 指導(dǎo) 教師： 漆漢宏 答辯 日期： 2021625 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)院 ：電氣工程學(xué)院 系級教學(xué)單位： 電氣工程及其自動化系 學(xué) 號 050103030194 學(xué)生 姓名 王志彬 專 業(yè) 班 級 應(yīng)電 064 題 目 題目名稱 Boost型功率因數(shù)校正電路及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目性質(zhì) ：