开关电源功率因数校正的基本方法有两种

西安赛维培训资料－－新技术类

西安赛维刘长军

一、什么是功率因数补偿，什么是功率因数校正：

功率因数的定义为有功功率与视在功率的比值．

功率因素补偿:这项技术主要是针对因具有感性负载的交流用电器具的电压和电流不同相(图1)而引起的供电效率低下,提出的改进方法(由于感性负载的电流滞后所加电压,电压和电流的相位不同,使供电线路的负担加重,导致供电线路效率下降,这就要求在感性用电器具上并联一个性质相反的电抗元件.用以调整该用电器具的电压、电流相位特性.例如:当时要求所使用的40W日光灯必须并联一个4.75μF的电容器).用电容器并联在感性负载的两端,利用电容上电流超前电压的特性,用以补偿电感上电流滞后电压的特性,使总的特性接近于阻性,从而改善效率低下的方法叫做功率因数补偿(交流电的功率因数可以用电源电压与负载电流两者相位角的余弦函数值cosφ表示)。

图1 在具有感性负载中供电线路中电压和电流的波形

常规开关电源功率因数低是由于开关电源都是在整流后,用一个大容量的滤波电容使输出电压平滑,因此负载特性呈现容性.这就造成了交流220V在整流后,由于滤波电容的充、放电作用,在其两端的直流电压上出现略呈锯齿波的纹波.滤波电容上电压的最小值远非为零,与其最大值(纹波峰值

东北石油大学本科生毕业设计（论文） 摘 要

本文对Boost型功率因数校正技术进行了分析、设计和研究。详细分析了有源功率因数校正器的基本工作原理，通过比较几种不同拓扑的PFC变换器主电路的优缺点，和比较控制电路的几种不同控制方法的优缺点，明确本文所要研究的对象为平均电流控制（ACM）的Boost型功率因数校正器。

在此基础上对Boost主电路和控制电路进行数学建模，得出其状态方程和传递函数，运用仿真软件MATLAB中的Simulink工具，建立了Boost主电路和控制电路的Simulink仿真模型，并得出其仿真结果。

本文根据Boost变换器的特点和要求，设计了一个具体、实用的带PFC功能的开关电源电路，并给出了具体设计步骤和电路参数的计算。

平均电流控制的单相Boost功率因数校正电路，完全能够达到整流、高输入功率因数、升压、稳压、低纹波的目标，具有广阔的应用前景。

关键词：功率因数校正；Boost变换器；仿真

东北石油大学本科生毕业设计（论文） Abstract

Based on the summary of the fruits of the research of the Active Power Factor Correction,

5现代电子技术62010年第2期总第313期

þ

电源技术ü

基于有源功率因数校正的高功率因数电源设计

吴小斐,王归新,陶 鑫,莫显聪

(三峡大学电气信息学院 湖北宜昌 443002)

摘 要:构建有源功率因数校正(APFC)的高功率因数直流电源。该系统采用TI公司专用APFC整流控制芯片UCC28019作为控制核心,构成电压外环和电流内环的双环控制。其中内环电流环作用是使网侧交流输入电流跟踪电网电压的波形与相位;外环电压环为输出直流电压控制环,外环电压调节器的输出控制内环电流调节器的增益,使输出直流电压稳定。系统采用ATmega16单片机进行监控,完成输出电压的可调以及输入功率因数、输出电压、输出电流等的实时测量与显示和输出过流保护等功能。实测表明,系统性能指标完全达到或超过设计要求。

关键词:APFC;直流电源;UCC28019;ATmega16

中图分类号:TN710 文献标识码:B 文章编号:1004-373X(2010)02-195-03

DesignofHighPowerFactorPowerSupplyBasedonActivePowerFactorCorrection

WUXiaofei,WANGGuixin,

基于UCC28019的高功率因数开关电源

根据毕业课题及实际情况，查阅相关文献，设定了开关电源的设计目标。详细参数如下：

输入电压：市电220Vac输入，经变压器降为18Vac,进入不可控整流

桥

输出电压：36V 输出电流：0.25A 功率因数：0.99 效率：90%

这是本次开关电源设计的最基本要求，其他功能视后期情况及个人能力而定。依据ucc28019芯片手册、相关文献及自己的设计目标，设计出了电路图。其电路参数的具体计算过程如下：

1、输入电流的计算 IIN_RMS(max)POUT(max)9???0.56A ?VIN(min)PF0.9*18*0.992IIN2IIN_RMS(max)IIN_PEAK(max)?IIN_AVG(max)??2*0.56?0.8A

2*0.8?0.6A

?_PEAK(max)?? 2、整流二极管参数的确定及选取

整流桥输出平均电压UO_AV

UO_AV?1???02U2sin?td(?t)?22U2??0.9U2?0.9*18?16.2V

二极管承受的最大反向电压UD(max)

UD(max)?2U2?2*18?25.5V

由于每只二极管只在半个电压周期通过电流， 所以每只二极管通过的电流

5现代电子技术62010年第2期总第313期

þ

电源技术ü

基于有源功率因数校正的高功率因数电源设计

吴小斐,王归新,陶 鑫,莫显聪

(三峡大学电气信息学院 湖北宜昌 443002)

摘 要:构建有源功率因数校正(APFC)的高功率因数直流电源。该系统采用TI公司专用APFC整流控制芯片UCC28019作为控制核心,构成电压外环和电流内环的双环控制。其中内环电流环作用是使网侧交流输入电流跟踪电网电压的波形与相位;外环电压环为输出直流电压控制环,外环电压调节器的输出控制内环电流调节器的增益,使输出直流电压稳定。系统采用ATmega16单片机进行监控,完成输出电压的可调以及输入功率因数、输出电压、输出电流等的实时测量与显示和输出过流保护等功能。实测表明,系统性能指标完全达到或超过设计要求。

关键词:APFC;直流电源;UCC28019;ATmega16

中图分类号:TN710 文献标识码:B 文章编号:1004-373X(2010)02-195-03

DesignofHighPowerFactorPowerSupplyBasedonActivePowerFactorCorrection

WUXiaofei,WANGGuixin,

中 文 摘 要

摘 要

功率因数校正PFC（Power Factor Correction）是治理谐波污染的一种有效方法。论文介绍了传统有源功率因数校正（APFC）的工作原理，分析了其主电路在应用中因二极管反向恢复产生的电流冲击与纹波噪声等问题，设计了一种带中心抽头电感的单相Boost高功率因数校正器，该电路采用平均电流模型UC3854，它通过脉宽调制输出的一连串脉冲信号来控制电路中开关晶体管的导通与截止，从而将输入电流与输出电压的相位重新调整到同相状态，最终达到功率因数校正的目的。

与传统型功率因数校正主电路相比，该主电路拓扑结构只是在电感磁环上增加了几匝线圈，引出了一个中心抽头，能够有效地抑制电流冲击，降低纹波噪声，提高了功率因数校正主电路的可靠性，分析了尖端失真、输出电压飘升以及重载下输出电压参数调整等实际问题，并给出了相应的解决方案。同时，还设计了UC3854的引脚保护电路和电流放大器的箝位电路。仿真与试验结果表明，该Boost功率因数校正器设计合理，性能可靠，功率因数可达到0.99，而且与当今通用的PFC控制电路兼容。

关键词：功率因数校正，整流器，UC3854

- I -

Abstract

Abstract

PFC (Powe

有源功率因数校正技术及发展趋势

作者：任 凌， 王志强， 李思扬

O 引言

传统的用于电子设备前端的二极管整流器，作为一个谐波电流源，干扰电网线电压，产生向四周辐射和沿导线传播的电磁干扰，导致电源的利用效率下降。近几年来，为了符合国际电工委员会61000-3-2的谐波准则，功率因数校正电路正越来越引起人们的注意。 功率因数校正技术从早期的无源电路发展到现在的有源电路；从传统的线性控制方法发展到非线性控制方法，新的拓扑和技术不断涌现。本文归纳和总结了现在有源功率因数校正的主要技术和发展趋势。

1 功率因数(PF)的定义

功率因数(PF)是指交流输入有功功率(P)与输入视在功率(S)的比值。即

式中：I1为输入基波电流有效值；

为输入电流失真系数；

Irms为输入电流有效值；

cosφ为基波电压与基波电流之间的相移因数。

可见PF由γ和cosφ决定。cosφ低，则表示用电电器设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。γ值低，则表示输入电流谐波分量大，对电网造成污染，严重时，对三相四线制供电还会造成中线电位偏移，致使用电电器设备损坏。由于常规整流装置使用晶闸管或二极管，整流器件的导通角远小于180°，从而产生大量谐波电流成分，而谐波电流不做功，

物理与电气工程学院课程设计报告

有源功率因数校正

姓 名 张 ** 学 号 ********* 专 业 电气工程及其自动化

指导教师 苗风东 成 绩 日 期 2014.06.22

第 1 页

一、功率因数的定义

功率因数PF定义为：功率因数（PF）是指交流输入有功功率（P）与输入视在功率（S）的比值。

PF＝P＝S 式中：

?：基波因数，即基波电流有效值I1与电网电流有效值IR之比。 IR：电网电流有效值 I1：基波电流有效值 UL：电网电压有效值

cosΦ：基波电流与基波电压的位移因数

在线性电路中，无谐波电流，电网电流有效值IR与基波电流有效值I1相等，基波因数

ULI1cos?I1=cos?= ?cos? （1）

ULIRIR?=1，所以PF＝?·cosΦ＝1·cosΦ＝cosΦ。当线性电路且为纯电阻性负载时，PF＝?·cosΦ＝1·1＝1。

二、有源功率因数校正技术

物理与电气工程学院课程设计报告

有源功率因数校正

姓 名 张 ** 学 号 ********* 专 业 电气工程及其自动化

指导教师 苗风东 成 绩 日 期 2014.06.22

第 1 页

一、功率因数的定义

功率因数PF定义为：功率因数（PF）是指交流输入有功功率（P）与输入视在功率（S）的比值。

PF＝P＝S 式中：

?：基波因数，即基波电流有效值I1与电网电流有效值IR之比。 IR：电网电流有效值 I1：基波电流有效值 UL：电网电压有效值

cosΦ：基波电流与基波电压的位移因数

在线性电路中，无谐波电流，电网电流有效值IR与基波电流有效值I1相等，基波因数

ULI1cos?I1=cos?= ?cos? （1）

ULIRIR?=1，所以PF＝?·cosΦ＝1·cosΦ＝cosΦ。当线性电路且为纯电阻性负载时，PF＝?·cosΦ＝1·1＝1。

二、有源功率因数校正技术

三相功率因数校正

方 宇

摘要：简述了三相功率因数校正电路发展情况，并对典型拓扑进行分析比较。 关键词：三相整流器；谐波；功率因数校正 1 引言

近20年来电力电子技术得到了飞速的发展，已广泛应用到电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。电力电子装置多数通过整流器与电力网接口，经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路，在电网中产生大量电流谐波和无功，污染了电网，成为电力公害。电力电子装置已成为电网最主要的谐波源之一。我国国家技术监督局在1993年颁布了《电能质量公用电网谐波》标准（GB/T14549-93），国际电工委员会也于1988年对谐波标准IEC555-2进行了修正，另外还制定了IEC61000-3-2标准，其A类标准要求见表1。传统整流器因谐波远远超标而面临前所未有的挑战。

偶次 6 n=8～40 注：表中n为谐波次数。 0.30 0.23×8/n 奇次 表1 IEC61000-3-2A类标准 谐波次数 3 5 7 9 11 13 n=15～39 2 4 最大允许的谐波电流值/A 2.30 1.14 0.77 0.40 0.33 0.21 0.15×15/n