功率因数0.75

5现代电子技术62010年第2期总第313期

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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

学电气的同学可以参考一下

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5现代电子技术62010年第2期总第313期

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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,

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，

功率因数表的结构与工作原理及示波图法测量功率因数

摘要:本文主要描述测量功率因数的方法，介绍相关仪表的结构及其工作原理，

在测量功率因数时产生误差的因素。现在常见的是采用单片机测量功率因数，说明它的工作原理。阐述通过示波图测量功率因数的方法。 关键字:功率因数 机械式 电子式

1. 功率因数的定义

在交流电路中，电压(U)与电流(I)之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。

在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以cosΦ表示，其实最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差，得出的结果就是功率因数。

功率因数也可以由电路中纯阻值与总阻抗的比值求得。在实际电路中由于有电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)等感性负载,使功率因数降低即产生了无功功率.无功功率使得电能没有全部转化为人们所用（即有功功率），而有一部分损耗（即无功功率）。也就是因为感性负载的存在，造成了系统里的一个KVAR值，视在功率、有功功率、无功功率三者是一

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

实验三 功率因数的提高

一、实验目的

1．掌握日光灯线路的接线。

2. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、原理说明

1．日光灯电路（图3－1）是感性负载电路。镇流器L可看作电感与电阻的串联；点燃的日光灯管看成是电阻元件。

2．例如20瓦日光灯电路在外加电压U=220V（有效值）的作用下，灯管电流为0.31A，电路的有功功率为P=20W，日光灯的功率因数为

cos??PUI?

20?0.293

220?0.31日 光 灯 管

启 动 器

图3－1 日光灯原理图

负载功率因数低使得供电电源设备容量不能充分利用；另外，因为功率因数低，线路总电流大，电压降加大，导致电能损耗增加，这些都是很不经济的。

3．在日光灯电路上并联电容（图3－2）可以提高功率因数。由图3－3的相量图可见，

?这一分量，总电流减少了，整个负载的功率因数提高了。 由于有了IC4．例如用带有镇流器的20瓦日光灯作为感性负载，通过并联电容（电容数值可调）以提高功率因数。由于灯管是非线性电阻，镇流器是带铁芯的线圈，可看成是电阻与非线性电感的串联。因此，电路中的电流和元件

一。 提高功率因数的实际意义

1． 对于电力系统中的供电部分，提供电能的发电机是按要求的额定电压和额定电流设计的，发电机长期运行中，电压和电流都不能超过额定值，否则会缩短其使用寿命，甚至损坏发电机。由于发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，这意味着当其接入负载为电阻时，理论上发电机得到完全的利用，因为P=U*I*cosØ中的cosØ=1；但是当负载为干性或容性时，cosØ<1,发电机就得不到充分利用。为了最大程度利用发电机的容量，就必须提高其功率因数。

2． 对于电力系统中的输电部分，输电线上的损耗：Pl=RI*I，负载吸收的平均功率：P.=V*I*cosØ ，因为I=P./V/ cosØ，所以Pl=R*P./V/cosØ（V是负载端电压的有效值）。

由以上式可以看出，在V和P都不变的情况下，提高功率因数cosØ会降低输电线上的功率损耗！

在实际中，提高功率因数意味着：

1) 提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。

2) 可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例如：当cosØ=0.5时的损耗是cosØ=1时