1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì),學(xué)生：袁換寧,開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì),講師： 陳剛,1.開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展 2.功率因數(shù) 3.APFC的提出 4.APFC的原理 5.電路設(shè)計(jì) 6.APFC的MATLAB訪(fǎng)真 7.仿真結(jié)果 8.結(jié)論,1. 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展,隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，它們對(duì)電源的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的電源具有穩(wěn)定性好、輸出電壓紋波小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，但其體積大、功耗大、電源效率底，很難滿(mǎn)足現(xiàn)在電子設(shè)備發(fā)展的需要。 開(kāi)關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。由于頻率的提高，為了保持恒定功率，電感L，電容C的值較小，從而達(dá)到了開(kāi)關(guān)電源小型化，效率

2、高，可靠性高等特點(diǎn)。,2.功率因數(shù),根據(jù)電工學(xué)的基本理論，功率因數(shù)定義為有源功率和視在功率的比值，公式：,在非線(xiàn)性的負(fù)載時(shí)，為了更好的表示電流失真，用總諧波畸變（THD）來(lái)衡量： 即：,（=0）,(1.1),(1.2),(1.3),3.APFC的提出,開(kāi)關(guān)電源以其效率高、功率密度高而在電源領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源存在一個(gè)致命的弱點(diǎn)，即功率因數(shù)低，一般僅為0.450.75，而且其無(wú)功分量基本為高次諧波。 諧波的危害： 1產(chǎn)生“二次效應(yīng)”。 2諧波會(huì)造成輸電線(xiàn)路故障，使變電設(shè)備損壞。 3諧波影響用電設(shè)備。 4諧波會(huì)使測(cè)量?jī)x器附加諧波誤差。 5諧波會(huì)使通信電路造成干擾。,抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生諧波

3、的方法主要有兩種：一是被動(dòng)法，即采用無(wú)源濾波或有源濾波電路來(lái)旁路或?yàn)V出諧波；二是主動(dòng)法，即設(shè)計(jì)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(diǎn)。 開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)校正（Power Factor Correction PFC）電路設(shè)計(jì)采用第二種抑制諧波的方法，其功率因數(shù)可達(dá)0.950.99，近似于1。,4.APFC的原理,在整流器和負(fù)載之間接入一個(gè)DC/DC開(kāi)關(guān)變換器，通過(guò)檢測(cè)的輸出電壓與檢測(cè)的整流電壓比較，則輸出為電流基準(zhǔn)值，與采樣的電感電流值進(jìn)行比較放大，再經(jīng)過(guò)PWM比較器，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制占空比，使輸入電流的平均值自動(dòng)跟隨全波整流電壓波形，使輸入電流正弦化，避免形

4、成電流脈沖，達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。 本次設(shè)計(jì)直接以單相APFC為基礎(chǔ)，采用電壓、電流雙閉環(huán)控制和平均電流控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。,5.電路設(shè)計(jì),主電路設(shè)計(jì)： 采用Boost電路-升壓斬波器,其輸出平均電壓高于輸入平均電壓。由于Boost電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本底，且利用輸入電容C可減少切換時(shí)所造成的雜信號(hào)回流至交流電源。 控制電路設(shè)計(jì)： 本次設(shè)計(jì)用了UC3854控制芯片，控制電路采用平均電流控制，UC3854包含了平均電流控制型功率因數(shù)校正控制電路的全部電路模塊，主要由電壓放大器、模擬乘法器、電流放大器和定預(yù)脈寬調(diào)制器組成。UC3854乘法器的輸出電流端為基準(zhǔn)電流，與輸入電流檢測(cè)值比較后

5、，經(jīng)過(guò)電流誤差放大器，其輸出再經(jīng)過(guò)PWM比較器加到刪極驅(qū)動(dòng)器，以控制開(kāi)關(guān)管V的通斷。,設(shè)計(jì)電路圖：,圖1 基于UC3854的APFC電路圖,6.APFC的MATLAB訪(fǎng)真,本文在研究中使用的仿真工具是基MATLAB6.5 （Matrix Laboratory矩陣實(shí)驗(yàn)室）版本的仿真環(huán)境，建立了傳統(tǒng)單相APFC電路。simulink是一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件工具，它是MATLAB的重要組成部分，是模擬動(dòng)態(tài)線(xiàn)圖而提供的一個(gè)交互式程序，提供了直觀的系統(tǒng)模型框圖進(jìn)行訪(fǎng)真。 設(shè)計(jì)規(guī)范： 輸入電壓為AC 150V， 電網(wǎng)頻率為500.2Hz， 最大功率輸出P0為250W， 電壓輸出為DC 400V， 開(kāi)

6、關(guān)管頻率為50kHz，,數(shù)字訪(fǎng)真模型圖：,圖2 基于MATLAB/simulink的訪(fǎng)真模型,7.仿真結(jié)果,圖4 加APFC的 輸入電壓和輸入電流,（1）MATLAB運(yùn)行后，待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，示波器給出了仿真波形：,圖3 未加APFC的輸入電壓和輸入電流,訪(fǎng)真模型所檢測(cè)的輸入電壓和輸入電流：,（2）整流橋輸出的電流,圖5 未加APFC的整流電流,圖6 加APFC的整流電流,（3）輸出的電壓的比較,圖7 未加APFC的輸出電壓,圖8 加APFC的輸出電壓,加功率因數(shù)的Boost型電路 輸出的電壓上升為平均直流電壓400V,（4）檢測(cè)輸入電流的THD,圖9 未加APFC的THD,圖10 加APFC的THD,經(jīng)Y向放大，可看出，未加APFC THD在24之間，而加了APFC之后THD的高次諧波均小于0.5,（5）檢測(cè)的輸入電流的FFT,圖11 未加APFC的FFT,圖12 加APFC的FFT,由上兩圖對(duì)比可見(jiàn)，加了APFC后除基波分量外，其余高次偕波分量都有所減小。,8.結(jié)論,通過(guò)對(duì)電流波形做傅立葉分析得，電流總諧波畸變THD（Total Harmonics Distortion）的數(shù)值可得： 功率因數(shù)PF（Power Factor）為：,(1.4),(1.5)