【正文】 ..................................................................................26 主要電氣參數(shù) ...........................................................................26 升壓電感的計算 .......................................................................28 輸出電容的計算 .......................................................................28 功率元件 .....................................................................................29 Cr、 Cs、 Lr 及 VD VD VD3 .................................................29 控制電路 ..............................................................................................30 控制電路的結(jié)構(gòu) .........................................................................30 電 路工作原理 .............................................................................31 控制電路的設(shè)計 .........................................................................32 開環(huán)電路仿真 ......................................................................................37 閉環(huán)仿真 ..............................................................................................39 電壓控制環(huán)路部分 ...................................................................39 電流控制環(huán)路部分 ...................................................................39 仿真電路構(gòu)成 ..............................................................................40 閉環(huán)仿真波形及分析 ..................................................................41 仿真結(jié)果分析 .............................................................................42 本章小結(jié) ..............................................................................................42 結(jié)論 .....................................................................................................................35 參考文獻 .............................................................................................................36 致謝 .....................................................................................................................38 附錄 1 .................................................................................................................... I 附錄 2 ................................................................................................................... V 附錄 3 ..................................................................................................................IX 附錄 4 ............................................................................................................. XVII V 第 1章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題背景 隨著 工業(yè)現(xiàn)代化和電氣化的進展，人們對電能質(zhì)量的要求越來越高。功率因數(shù)的高低直接影響著電能質(zhì)量的好壞。 電力能源在人們生產(chǎn)生活中的作用越來越重要，各種各樣的用電設(shè)備也應(yīng)運而生，然而大多數(shù)的用電設(shè)備不是直接使用通用的交流電網(wǎng)提供的交流電作為直接的供電能源，而是通過一 定的形式對其進行電壓電流的變換，從而得到各自所需的電能形式。其中， ACDC 變換電路俗稱整流電路，也就是將交流電能變換為直流電能的電路。整流電路可以直接為要求較低的電力電子裝置提供直流電能。 功率因數(shù)是電力系統(tǒng) 的一個重要的技術(shù)指標(biāo)，伴隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，開關(guān)器件越來越多地用在各種電能變換裝置中。 為了消除諧波污染 、 改善裝置的功率因數(shù)，功率因數(shù)校正技術(shù)應(yīng)運而生。 鑒于低功率因數(shù)帶來的危害，功率因數(shù)校正變得非常必要，成為電力電子學(xué)研究的重要方向之一。 Boost電路作為一種基本的 DC／ DC變換器，由于具有電感電流連續(xù)、儲能電感也兼作濾波器、可抑制 RFI和 EMI噪聲、電流波形失真小、輸出功率大、共源極使驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于各種電源設(shè)計。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)。它在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開關(guān)，通過控制有源開關(guān)的通、斷來強迫輸入電流跟隨輸入電壓變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近 1的功率因數(shù)本文研究的主要內(nèi)容是 BOOST型功率因數(shù)校正電路及其控制系統(tǒng)設(shè)計，用以改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，核心還是在如何提高系統(tǒng)功率因數(shù)。一般來講，凡是使用開關(guān)器件的裝置都會產(chǎn)生諧波，諧波的產(chǎn)生都會引起功率因數(shù)的降低。因此都會產(chǎn)生諧波污染和功率因數(shù)低下等問題。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 。 第 1章 緒論 3 （ 3） 使電氣設(shè)備（如變壓器、電容器、電機等）運行不正常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命 。 （ 5） 使測量和計量儀器、儀表不能正確指示或計量 。 可見諧波的存在極大地污染了公共電網(wǎng)的用電環(huán)境，必須加以抑制和消除。二是制造不產(chǎn)生諧波的裝置。 掌握 Boost型功率因數(shù)校正電路的工作原理及其典型控制策略。 燕山大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第 2 章 功率因數(shù)校正 功率因數(shù) 功率因數(shù)的 定義 功率因數(shù)校正可簡單地定義為有功功率與視在功率之比，即： PF ? 有 功 功 率無 功 功 率 其中有功功率是一個周期內(nèi)電流和電壓瞬時值乘積的平均值，而視在功率是電流值與電壓值的乘積。如果兩者是正弦波但是不同相，則功率因數(shù)是相位角的余弦。這種情況發(fā)生在負載由電阻、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。輸入電路通常由半波或全波整流器及其后面的儲能電容器組成，該電容器能夠?qū)㈦妷壕S持在接近于輸入正弦波峰值電壓值處，直至下一個峰值到來時對電容再進行充電。這一過程通過在短時間內(nèi)將大量電荷注入電容，然后由電容器緩慢地向負載放電來實現(xiàn)，之后再重復(fù)這一周期。 下圖描 述了這種情況。應(yīng)用第 2章 功率因數(shù)校正 5 “相位角余弦”的定義會得出電源的功率因數(shù)為 。基波（在本例中為 60 Hz）以 100%的參考幅度顯示，而高次諧波的幅度則顯示為基波幅度的百分比。如果波形包含無限窄和無限高的脈沖（數(shù)學(xué)上稱為δ函數(shù)），則頻譜會變平坦，這意味著所有諧波的幅度均相同。 作為參考，圖 23 顯示了功率因數(shù)校正完好的電源輸入。 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 ???????? c osc osc os 1111 ?r m sr m s IIIVIVSPPF燕山大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 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。 cosφ 低，則表示用電電器設(shè)備的無功功率大，設(shè)備利用率低，導(dǎo)線、變壓器繞組損耗大。 如何抑制和消除諧波對公共電網(wǎng)的污染，提高功率因數(shù)已成為國內(nèi)外電源界研究的重要課題。 功率因數(shù)校正的基本原理 功率因數(shù)校正電路基本上是一個 AC/DC變換器。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。 PFC電路也是利用這個方法，但是加入了一個更先進的元件，使得來自交流 電源的電流是一個正弦波并與交流電壓同相位。 功率因數(shù)校正的一般方法 由功率因數(shù)定義可以知道要提高功率因數(shù)，有兩個途徑：（ 1）使輸入電壓、輸入電流同相位，此時 ?cos =1， PF=? 。 從而實現(xiàn)功率因數(shù)的校正（ Power Factor Correction） 。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。本文主要討論 有 源功率因數(shù)校正方法。如果 控制的合適的話，系統(tǒng)功率因數(shù)可以提高到 。但電感和電容校正電路具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，但是另外一方面，他們的補償特性又容易受到電網(wǎng)阻抗、負載特性的影響，并且會由于和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振而造成電路元器件的損壞，不容易對諧波和無功功率實現(xiàn)動態(tài)補償。首先，巨大的電感限制了它在許多應(yīng)用中的實用性。增加該開關(guān)會增大因操作者錯誤（比如開關(guān)位置選擇錯誤）而給電器 /系統(tǒng)帶來的風(fēng)險。 實際應(yīng)用證明：一般不加功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)的單相整流器對電網(wǎng)的諧波電流污染十分嚴(yán)重，由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路主要存在如下的問題： （ 1）一般系統(tǒng)啟動時將會產(chǎn)生很大沖擊電流，約為正常工作電流的十幾倍甚至數(shù)十倍。 （ 3）功率因數(shù)都比較低，一般約為 ～ 。 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。 須用二個功率開關(guān)管，有一個功率開關(guān)管的驅(qū)動控制信號浮動，電路復(fù)雜，較少采用。 輸出與輸入隔離，輸出電壓可以任意選擇，采用簡單電壓型控制，適用于 150W以下功率的應(yīng)用場合。優(yōu)點 是 電路中的電感 L適用于電流型控制，由于升壓型 APFC的預(yù)調(diào)整作用在輸出電容器 C上保持高電壓，所以電容器 C體積小、儲能大；在整個交流輸入電壓變化范圍內(nèi)能保持很高的功率因數(shù)；當(dāng)輸入電流連續(xù)時，易于 EMI濾波；升壓電感 L能阻止快速的電壓、電流瞬變，提高了電路工作可靠性。研究比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛 。升壓轉(zhuǎn)換器由一個根據(jù)電流命第 2章 功率因數(shù)校正