基于UC3854的BOOST电路PFC变换器的设计

基于UC3854的BOOST 电路PFC 变换器的设计

1. 设计指标

输入电压：200VAC ～250VAC 输入频率：50Hz 输出直流电压：400V 输出功率：500W 功率因数：>98% 输入电流THD ：<5%

2. 开关频率

综合考虑效率和变换器体积，选取开关频率为100KHz 。

原理图

3. 电感

电感值大小决定了输入端高频纹波电流总量，可以根据计算出的电流纹波总量ΔI 来选择电感值。

电感值的确定从输入正弦电流的峰值开始，而最大的峰值电流出现在最小电网电压的峰值处：

()(m in )

lin e p k in P I V =

由上式可知，此时的最大峰值电流为3.54A 。

通常选择电感中的峰-峰值纹波电流为最大峰值电流的20%左右，故有ΔI=707mA 。

电感值根据最低输入电压时半个正弦波顶部的峰点的电流来选择，此

时

200282.8,100in S V V f K H z ===

根据此处电压和开关频率的占空比来选择：

o in

o

V V D V -=

in s V D L f I

⨯=

⨯∆

由上式可得L =1.17mH ，取L =1.2mH 。

4. 输出电容

涉及输出电容的选择因数有开关频率纹波电流、2次纹波电流、直流输出电压、输出纹波电压和维持时间等。在本例中，电容的选择主要考虑维持时间。维持时间是在电源关闭以后，输出电压任然能保持在规定范围内的时间长度，去典型值为15~50ms 。可根据以下公式确定（能量守恒）：

2

2

0(m in )

2o o P t C V V ⨯⨯∆=

-

式中，取Δt=64ms ，V o （min ）=300V 。，可得C o =914uF ，可以选取915uF 的电解电容。

5. 电感电流检测

采用在变换器到地之间使用一检测电阻。一般选择压降为1V 左右的检测电阻，此处选择0.25Ω的电阻作为R S ,在最坏的情况下（峰值电流达到原值1.25倍），4.4A 的峰值电流将会产生最大1.1V 的压降。

6. 峰值电流限制

UC3854的峰值限制功能，在电感电流的瞬时值电流超过最大值，即2管脚低于低电平时被激活，将开关断开。电流限制值有基准电压初一电流检测电阻的分压来设置：

12R S P K P K R E F

V R R V =

式中，R PK1和R PK2是分压电阻；V REF 值为7.5V ；V RS 是检测电阻R S 上的电压值。通过R PK2的电流大约为1mA ，由上可知峰值电流限制在4.4A ，R PK1取10k Ω，R PK2取1.5k Ω。

7. 前馈电压信号

V FF 是输入到平方器电路的电压，UC3854平方器电路通常在1.4V~4.5V 的范围内工作。

UC3854内有一个钳位电路，即使输入超过该值，都将前馈电压的有效值限制在4.5

前馈输入电压分压器有3个电阻R FF1、R FF2、R FF3，及两个电容C FF1、C FF2。因此它能进行两级滤波并提供分压输出。分压器和电容形成一个二阶低通滤波器，所以其直流输出是和正弦半波的平均值成正比。

前馈电压V FF 分压器有两个直流条件需要满足。在高输入电网电压下，前馈电压应不高于4.5V ，当达到或超过此值时，前馈电压被钳制而失去前馈功能。在低输入电网电压时，应设置分压器使前馈电压等于1.414V ，如果不到1.414V 内部限流器将使乘法器输出保持恒定。

选取分压电阻R FF1为900k Ω，R FF2为92.14k Ω，R FF3为7.86k Ω。当输入电压为AC250V 的时候，直流电压平均值为225V ，此时V FF 为1.77V ；当输入电压为AC200V 的时候，直流电压平均值为160V ，此时V FF 为1.41V 。

8. 乘法器的设置

乘法器、除法器是功率因素校正器的核心。乘法器的输出调节电流环用以控制输入电流功率因素提高。因此此乘法器的输出是个表达输入电流的信号。

与多数从输出开始到输入的设计任务不同，乘法器电路的设计必须从输入端开始。乘法器有三个输入端：调节电流端I AC （脚6）、来自输入的前馈电压端V FF （脚8）、电压误差放大输出端V VEA （脚7），乘法器的输出是电流信号I mo （脚5）：

2

(1)

m A C V E A m o F F

K I V I V -=

式中，K m =1是常数。

9. 乘法器输入电流

乘法器的输入电流来自经R VAC 的输入电压，乘法器在较高电流下有较好的线性度，但推荐的最大电流是0.6mA 。在高网电压时，电网电压峰值是354V ，脚6上的电压是6V ，用580k Ω的电阻值得到的最大的值是0.6mA ，因引脚6上的电压是6V ，为使电路正常工作在输入波形V IN =0处，需要一个偏置电流。在基准电压V REF 和脚6之间接一个电阻R b1，I AC 就能提供最小偏置电流。14b V A C R R =，R b1其值取为150k Ω。

10. 乘法器输出电流

2

(1)

m A C V E A m o F F

K I V I V -=

乘法器的最大输出电流I mo 出现在低电网线路输入正弦波的峰值处。

m in 200620IN A C V A C

I R K

=

=

=0.49mA

此时，V VEA 为5V ，V FF 2

为2。

由上可得，I mo 的最大值为1.38mA 。

电流I SET 是乘法器输出电流的另一个限制点。不能大于3.75/R SET ,可得最大值R SET =2.715 k Ω，因此可选2.7 k Ω。

为了形成电流环的反馈回路，乘法器的输出电流I mo 必须与一个正比与电感电流的电流相加，形成负反馈。接在乘法器输出和电流检测电阻的电阻R mo 执行这一功能，它使乘法器的输出端成为电感电流和基准电流的求和结点。

m o m o L S I R i R =

由上式可得R mo =3.84 k Ω，可选3.9 k Ω。

11. 振荡器频率

振荡器的频率由电容C T 和电阻R SET 来设定，R SET 已知为10 k Ω。开关频率f s 要设定为100KHZ ，电容即由下式决定：

1.25T S E T S

C R f =

所以C T 为4.6nF .

12. 电流误差放大器的补偿

（1）计算电感电流下降时在检测电阻两端所造成的压降，再除以开关频率：

0.854o S rs s

V R V V L f ⨯∆=

=⨯