单级功率因数校正(PFC)变压器的设计
功率因数校正(PFC)技术的研究
网络教育学院《电源技术》课程设计题目：功率因数校正（PFC）技术的研究学习中心：辽宁东港奥鹏层次：高中起点专科专业：电气工程及其自动化年级： 2010年春季学号：学生：辅导教师：武东锟完成日期： 2012年 2 月 24 日内容摘要本文对于单相与单相PFC技术及其控制方法的研究，针对于各种功率因数校正，介绍了相应的基本工作原理，和功率因数校正技术的额发展和其主要最主要特点。
从主电路的拓扑形式和控制方式分析有源功率因数校正。
进而更好的学习电源技术。
关键词：功率因数校正；PFC技术；控制方法；有源功率因数引言、功率因数是衡量电器设备性能的一项重要指标。
功率因数低的电器设备，不仅不利于电网传输功率的充分利用，而且往往这些电器设备的输入电流谐波含量较高，实践证明，较高的谐波会沿输电线路产生传导干扰和辐射干扰，影响其它用电设备的安全经济运行。
如对发电机和变压器产生附加功率损耗，对继电器、自动保护装置、电子计算机及通讯设备产生干扰而造成误动作或计算误差。
因此。
防止和减小电流谐波对电网的污染，抑制电磁干扰，已成为全球性普遍关注的问题。
国际电工委与之相关的电磁兼容法规对电器设备的各次谐波都做出了限制性的要求，世界各国尤其是发达国家已开始实施这一标准。
随着减小谐波标准的广泛应用，更多的电源设计结合了功率因数校正(PFC)功能。
设计人员面对着实现适当的PFC段，并同时满足其它高效能标准的要求及客户预期成本的艰巨任务。
许多新型PFC拓扑和元件选择的涌现，有助设计人员优化其特定应用要求的设计。
1功率因数校正基本原理及方法1.1功率因数校正基本原理功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。
基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。
开关电源供应器上的功率因数校正器的运作原理是去控制调整交流电电流输入的时间与波型，使其与直流电电压波型尽可能一致，让功率因数趋近于。
PFC参数设计及理论推算
PFC参数设计及理论推算作者：王文林胡廷东来源：《科学与财富》2017年第23期摘要：PFC是功率因数校正，PFC参数一般指PFC滤波电感的参数，本文以电磁理论为基础，逻辑推理，层层深入，揭示了PFC参数同电磁学物理量的定量关系，从而就把线圈匝数、线径大小推导出来，是有理有据分析开关电源的典范。
关键词：电感量，磁导率，有效磁路成长度，磁芯横截面面积，安培环路定律，磁电路磁阻定律如图1所示，由J1、RT1、RT2、D1、C1、D4、D6、PFC1、C10、L6563S及外围构成了PFC控制电路。
J1是交流输入插座。
输入电压范围是85～265VAC.输出电压：UO=400V，输出电流：IO=0.5A。
根据功率因数公式η=PO/S （1）其中PO 是有用功率，S是视在功率，也叫总功率。
PO=IOUO （2）其中IO是有效输出电流，UO是有效输出电流。
S=IINUIN （3）其中IIN是有效输入电流，UIN 是有效输入电压。
于是便得到η=IOUO /IINUIN （4）有效输出电流和有效输出电压都是恒定的。
则输出功率恒定。
当输入电压有效值最小时，输入电流有效值就会最大。
IINmax=IOUO /ηUINmin （5）取η=0.9 UINmin =85V IINmax=2.61A当 GD为高电平时，Q1和Q2导通，Q1和Q2的漏极为低电平，二极管D5截止，直流电源对PFC主线圈充电，根据自感应定律：ξPFC=Ldi/dt （6）又因为ξPFC=UOM+UD （7）由于UD 很小UOM是稳定的，因此充电过程中自感应电动势保持常数，则充电电流是线性增加的。
i=UOM t/L （8）当t=TON时，充电电流达到最大。
IPFCmax=UOM TON/L （9）TON是QM5的导通时间，也就是开启时间，由于PFC充电电流总是少于最大输入电流有效值。
U设置L6563S的工作频率为100KHzT=1/f （11）则 T=10μs又因为T=TON+TOFF+TD （12）取TON=4μs解得L≧0.613mH（13）当GD为低电平时，Q1和Q2截止，D5导通，PFC主线圈向负载放电，根据充放电曲线可知，IPFCmax≧3IO （14）才能确保连续性的要求。
功率因数校正电路(pfc)电路工作原理及应用
功率因数校正(英文缩写是PFC)是目前比较流行的一个专业术语。
PFC 是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。
PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。
线路功率因数降低的原因及危害 导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角中，另一个是电流或电压的波形失真。
前一个原因人们是比较熟悉的。
而后者在电工学等书籍中却从未涉及。
功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S 。
对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时，功率因数PF 即为COS Φ。
由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。
这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6)，说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。
为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。
最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。
PFC 方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC 线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。
长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC 转换的。
由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压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)相差并不多。
根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
功率因数校正电路(pfc)电路工作原理及应用
功率因数校正(英文缩写是PFC)是目前比较流行的一个专业术语。
PFC 是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。
PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。
线路功率因数降低的原因及危害 导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角中，另一个是电流或电压的波形失真。
前一个原因人们是比较熟悉的。
而后者在电工学等书籍中却从未涉及。
功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S 。
对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时，功率因数PF 即为COS Φ。
由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。
这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6)，说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。
为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。
最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。
PFC 方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC 线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。
长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC 转换的。
由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压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)相差并不多。
根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。
单级PFC介绍
单级PFC电路为减少办公自动化设备、计算机和家用电器等内部开关电源对电网的污染，国际电工委员会和一些国家与地区推出了IEC1000-3-2和EN61000-3-2等标准，对电流谐波作出了限量规定。
为满足输入电流谐波限制要求，最有效的技术手段就有源功率因数校正（有源PFC）。
目前被广为采用的有源PFC技术是两级方案，即有源PFC升压变换器+DC-DC变换器，如图1所示。
两级PFC变换器使用两个开关（通常为MOSFET）和两个控制器，即一个功率因数控制器和一个PWM控制器。
只有在采用PFC/PWM组合控制器IC时，才能使用一个控制器，但仍需用两个开关。
两级PFC在技术上十分成熟，早已获得广泛应用，但该方案存在电路拓扑复杂和成本较高等缺点。
单级PFC AC-DC变换器中的PFC级和DC-DC级共用一个开关管和采用PWM方式的一套控制电路，同时实现功率因数校正和对输出电压的调节。
2、单级PFC变换器基本电路拓扑2.1单级PFC变换器基本电路单级PFC变换器通常由升压型PFC级和DC-DC变换器组合而成。
其中的DC-DC变换器又分为正激式和反激式两种类型。
图2所示为基本的单级隔离型正激式升压PFC电路。
两部分电路共用一个开关（Q1），通过二极管D1的电流为储能电容C1充电，D2在Q1关断时防止电流倒流。
通过控制Q1的通断，电路同时完成对AC输入电流的整形和对输出电压的调节。
由于全波桥式整流电路输入连接AC供电线路，瞬时输入功率是随时变化的，欲得到稳定的功率输出，要依靠储能电容实现功率平衡。
对于DC-DC变换器，通常在连续模式（CCM）下工作，占空因数不随负载变化。
而全桥整流输出电压与负载大小无关，当负载减轻时，输出功率减小，但PFC级输入功率同重载时一样，使充入C1的能量等于从C1抽取的能量，引起直流总线电压明显上升，C1上的电压应力往往达1000V 以上，对开关器件的耐压要求非常高。
由于开关器件的电压高，电流应力大，开关损耗大，并且功率从输入到输出要经两次变换，故效率低。
反激PFC设计
反激PFC设计摘要：提出了一种新型的功率因数校正模块（flyboost模块），它具有两种工作状态（反激变换器状态和Boost电感状态）。
基于这种PFC模块，得到了一种新型的单级PFC变换器，实验证明这种变换器不仅可以得到很高的功率因数，而且可以显著提高变换器的效率并自动限制中间储能电容上的电压。
关键词：单级功率因数校正；Flyboost模块；效率1引言近年来，提出了很多单级功率因数校正（PFC）变换器[1－2]。
然而，这些变换器存在着不少缺点，如低效率，不适用于大功率应用，储能电容电压变化大等。
这些缺点都限制了单级PFC变换器的应用。
一般的单级PFC变换器都是由Boost电感和DC/DC变换器组成，通过控制Boost 电感工作在不连续导电模式，可以使得输入电流自动跟随输入电压，从而实现功率因数校正。
然而，无论是两级PFC变换器还是通常的Boost电感型单级PFC变换器，输入功率都是先经过中间储能电容然后再经过DC/DC变换器输出，这样，从输入到输出，功率经过两级变换。
本文提出了直接功率变换的概念，基于这种概念，提出了一种新型的单级功率因数校正AC/DC变换器。
实验证明，这种新型的变换器不仅具有很高的功率因数，而且能够显著提高变换器的效率并自动限制中间储能电容上的电压。
(a)典型变换器功率流向(b)带直接功率变换模块的变换器功率流向图1变换器的功率流向图2直接功率变换的概念在如图1（a）所示的典型功率因数校正AC/DC变换器中，包含了两个功率模块，即PFC模块和DC/DC模块。
首先，脉动的输入交流功率经过PFC模块输入到储能电容上，然后经过DC/DC变换器，得到稳定的直流输出。
如果PFC模块和DC/DC 变换器模块的效率分别是η1和η2，那么，AC/DC变换器的总效率η为η=η1·η2（1）实际上，希望得到稳定的直流输出并不需要经过两次功率变换。
我们可以让一部分交流功率只经过一次功率变换就到达直流输出端；而其余部分输入功率则经过两次功率变换。
一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略
一种单级全桥PFC变换器变压器偏磁抑制策略单级全桥PFC变换器是一种常用的功率因数校正（PFC）变换器拓扑结构，它能够有效地提高电力系统的功率因数，降低谐波干扰，同时具有较高的转换效率和稳定性。
在实际应用中，变压器的偏磁效应往往会对全桥PFC变换器的性能造成一定的影响，甚至引起系统的失效。
如何有效地抑制变压器的偏磁效应成为了研究和应用中的一个重要问题。
一种常见的变压器偏磁抑制策略是采用磁场退磁技术。
磁场退磁技术是利用退磁电流通过变压器绕组产生的磁场，将变压器芯的磁通密度降至较低的水平，从而消除或减小偏磁效应对系统性能的影响。
通常情况下，磁场退磁技术可以分为主动退磁和被动退磁两种方式。
主动退磁是通过外部的电路和控制器主动地对变压器绕组施加一定的退磁电流，从而实现对偏磁效应的抑制。
在单级全桥PFC变换器中，主动退磁技术通常是通过在变压器侧串联额外的电感和开关器件，通过合适的控制方法和算法来实现退磁电流的产生和控制。
主动退磁技术具有抑制偏磁效应快速、精确的优点，但同时也需要更复杂的控制和电路设计，在实际应用中需要考虑成本和可靠性的问题。
除了磁场退磁技术，还可以采用一些其他的偏磁抑制策略，如增加磁补偿绕组、选择合适的变压器芯材料和形状、合理的布线和屏蔽等。
这些策略在一定程度上可以减小变压器偏磁效应，提高单级全桥PFC变换器的性能和可靠性。
针对单级全桥PFC变换器中变压器偏磁效应的问题，可以采用多种策略进行抑制。
在具体应用中，需要根据系统的具体需求和工作条件选择合适的抑制策略，并进行合理的设计和调整。
通过有效地抑制变压器偏磁效应，可以提高单级全桥PFC变换器系统的性能和稳定性，推动其在工业和电力领域的广泛应用。
由单相功率因数校正PFC实现三相PFC的方案介绍
由单相功率因数校正PFC实现三相PFC的方案介绍引言电力电子装置的广泛应用，给公用电网造成严重污染，谐波和无功问题日益受到重视。
为了减轻电力污染的危害程度，许多国家纷纷制定了相应的标准，如国际电工委员会的谐波标准IEEE555—2和IEC—1000—3—2等。
功率因数校正(Power Factor CorrecTIon，简称PFC)技术，尤其是有源功率因数校正(Active Power FactorCorrection，简称APFC)技术可以有效的抑制谐波，已成为研究的热点。
单相APFC技术的研究比较成熟，已有不少商业化的专用控制芯片，如UC3854，IRll 50，LTl508，ML4819。
与单相功率因数校正整流装置相比，三相PFC整流装置具有许多优点：(1)输入功率高，功率额定值可达几千瓦以上;(2)单相PFC整流装置输入功率是一个两倍于工频变化的量，但在三相平衡装置中，三相输入功率脉动部分的总和为零，输入功率是一恒定值，三相PFC整流装置输出功率的脉动周期仅为单相全波整流的三分之一，脉动系数低，因此可以使用容量较小的输出电容，从而可以实现更快的输出电压动态响应。
三相APFC技术正成为众多学者研究的重点，但其实现有一定的困难，而且还未见成熟的专用控制芯片。
若能将单相APFC电路简单整合成一个三相APFC电路，将能充分利用成熟的单相控制芯片，制作出满足要求的三相APFC装置。
1 由单相APFC组合成三相APFC的几种方法单相PFC组合成三相PFC的技术优势是：(1)无需研究新的拓扑和控制方式，可直接应用发展比较成熟的单相PFC拓扑，以及相应的单相PFC控制芯片和控制方法;(2)电路由多个单相PFC同时供电，如果某一相出现故障，其余两相仍能继续向负载供电，电路具有冗余特性;(3)由于单向模块的使用，因此需要更少的维护和维修，而且有利于产品的标准化;(4)与三相PFC相比，不需要高压器件等。
下面将对由单相PFC实现三相PFC的几种方法分别进行介绍。
功率因素校正(PFC)电路 PFC的工作原理
PFC 的工作原理
功率因数定义：
（1）交流电源输入有功功率与其视在功率之比。
电力电子中常用
，
PF
P S
有功功率 视在功率
（2）若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入中 的基波电流形成有功功率。由于功率传输只在基波频 率上发生，开关变换器的输入整流电路中含有大量不 能传递功率的高次谐波。在真正意义上，电源输入端 存在的是电流的谐波失真，通常可以用近似的功率因 数来代替。总谐波失真THD -Total Harmonic Distortion
BOOST电路的工作模式
从CCM到CRM和DCM 的电流变化波形
BOOST电路拓扑
电流连续模式（CCM）
BOOST电路拓扑
BOOST电路拓扑
1）当开关管导通,电源Ui对电感L充电储能, 同时电容C对负载R放电，二极管承受反 向电压。
2）当开关管S关断时,由于电感L中的电流 不能突变,将继续有电流流过,电感L上的 感应电势UL与输入电压Ui 串联通过二极 管D对输出电容C充电.
BOOST电感的设计步骤
1）基于已知参数先求出周期：
T
1 f
2）最大的占空比的计算： 3）设定初始的纹波电流： 4）确定电感量：
Duty
1
Vinmin Vo
ILP
2 2 Po Vinmin Eff
DeltaI= 0.1*I.pk
Lmin
Vimin 2Ton DeltaI
BOOST电感的设计步骤
4
功率因数的提高可节省发电，传输的功率，与电源效率是两个概念,反而 增加电源成本，降低效率
PFC 的工作原理
电压电流波形
ii
ui ii ii ui
PFC设计原理及规格制作的介绍
PFC设计原理及规格制作的介绍PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）是一种用于电源系统的技术，主要目的是提高电源的功率因数，从而减少电网的谐波污染，提高电能的利用效率。
本文将介绍PFC的设计原理及规格制作，包括其原理、适用范围、设计要求和制作步骤等方面，以帮助读者更好地了解和应用PFC技术。
设计原理：PFC技术主要通过在电源系统中添加一个功率因数校正电路，使电源输出电流的波形与电源电压的波形保持同相，从而提高功率因数。
一般来说，功率因数越接近1，电源系统的效率就越高，谐波污染也越小。
PFC的实现原理主要有两种：主动PFC和被动PFC。
主动PFC通过控制输入电源电流的形状和幅值，来实现动态地校正功率因数。
常用的主动PFC拓扑结构有Boost、Buck-Boost、Sepic等。
被动PFC则利用电感与电容的性质，通过滤波和平衡电流形状来校正功率因数。
被动PFC常用的拓扑结构有整流电路的diode bridge、L-C滤波器等。
适用范围：PFC技术广泛应用于各种电源系统中，如电力设备、电子设备、照明系统等。
特别是对于高功率设备和需要减少电网谐波污染的设备来说，PFC技术尤为重要。
同时，由于世界各地对能源效率的要求越来越高，PFC技术也成为了提高电源系统效率的重要手段。
设计要求：在进行PFC设计时，需要考虑以下几个方面的要求：1.功率因数要求：根据所在国家或地区的电力标准，确定电源系统的功率因数要求。
一般来说，要求功率因数达到0.9以上。
2. THD要求：THD（Total Harmonic Distortion，总谐波畸变）是衡量谐波污染程度的指标，要求THD在设备的工作范围内保持在合理的范围内，以减少对电网的干扰。
3.效率要求：电源系统的效率对能源利用效率有很大的影响，一般要求效率在85%以上。
4.稳定性要求：电源系统的输出电压和电流要具有较高的稳定性，以保证设备的正常工作。
PFC功率因数校正和FOC磁场定向及矢量控制算法设计应用方案(PMSM永磁同步电机设计与应用)
PFC功率因数校正和FOC无传感器磁场定向及矢量控制算法设计应用方案（PMSM永磁同步电机系统设计与应用方案）一、数字化的功率因数校正：电感电流（IAC）、输入交流整流电压（VAC）和直流输出电压（VDC）可用作实现数字化PFC 时的反馈信号。
这些信号经硬件增益调理后，作为ADC 模块模拟通道的输入信号。
PFC 算法采用三个控制环：电压控制环、电流控制环和电压前馈控制环。
电压补偿器使用参考电压和实际输出电压作为输入，计算其偏差以补偿输出电压的变化。
输出电压是通过改变电流幅值信号的平均值来控制的。
电流幅值信号是通过计算整流输入电压、电压误差补偿器输出和电压前馈补偿器输出三者的乘积来得到的。
整流输入电压应成倍增加以确保电流信号波形与输入电压波形具有相同的形状。
电流信号应尽可能接近地匹配整流电压以便获得较高的功率因数。
由于能够补偿输入电压的变化量，因此电压前馈补偿器对于维持给定负载下的恒定输出功率是至关重要的。
电流信号一旦计算出来，就被反馈到电流补偿器中。
电流补偿器的输出决定了PWM 脉冲的占空比。
升压转换器可以由输出比较模块或PWM 模块来驱动。
二、无传感器磁场定向控制：无传感器FOC 法采用相电流Ia 和Ib 作为反馈信号。
而第三相电流Ic 是通过进行数字化计算得到的。
这三相电流在用Park 变换转化为转子系下两相电流之前，先用Clarke 变换转化为定子系下的两相电流。
这种转换得到了两个计算电流分量：Id 和Iq。
磁链是电流Id 的函数，而转子转矩是电流Iq 的函数。
位置估计器用于估计转子位置和速度信息。
电机模型使用电压和电流来估算位置。
电机模型主要使用位置观测器来间接获得转子位置信息。
PMSM 模型是基于直流电机模型。
在对转速进行数学估算之后，期望转速与所得估计转速之间的偏差反馈到转速补偿器中。
转速补偿器的输出作为Iq 补偿器的参考值。
对于永磁电机来说，Id 补偿器的参考值为零。
用于Iq 和Id 的PI 控制器能够补偿转矩和磁链偏差，并分别生成Vd 和Vq 作为输出信号。
基于三电平的单级PFC电路设计与仿真
基于三电平的单级PFC电路设计与仿真
目前，带有功率因数校正功能的开关变换器通常分为两级结构和单级结构两种。
两级结构电路具有良好的性能，但是元器件个数较多，与没有PFC 功能的电路相比成本会增加。
而单级PFC变换器中PFC级和DC／DC级共用开关管，只有一套控制电路，同时可实现对输入电流的整形和对输出电压的调节。
但是，单级PFC电路上实际存在着一个非常严重的问题：即当负载变轻、达到临界连续状态时，多余的输入能量将对中间储能电容充电。
这一过程会使中间储能电容两端的电压达到一个很高的值。
这样，在电路中，对于90-265 V的交流电网，该电压会达到甚至超过1000 V。
就目前的电容技术和功率器件技术而言，这幺高的电压都是不实际的。
因此，降低母线电容电压、适应宽电压输入场合和负载变化，已经成为单级功率因数校正技术的热点。
本文研究了适用于大功率单相单级变换器的电路拓扑及其控制方式，提出了单级功率因数校正AC／DC变换器的设计方案。
该PFC变换器基于一种三电平LCC谐振变换器拓扑，整个变换器由boost功率因数调节器和三电平谐振变换器组成，多电平谐振变换器可把开关管关断时的压降限制在二分之一直流母线电压。
同时，该变换器在宽负载变化范围内，还能够稳定地调节输出电压，并获得稳定的直流母线电压。
其变换器的控制方式由两个控制环路实现，其中输出电压通过控制直流变换器的开关频率来调节；直流母线电压则通过控制boost调节器的占空比来调节。
1 电路拓扑及工作原理
本文给出的三电平单级PFC的电路拓扑如图1所示。
图中，变换器输入boost电感同下方一对开关管直接相连，DC-DC部分由三电平LCC谐振电路。
单级PFC反激式LED驱动电源设计与研究
单级PFC反激式LED驱动电源设计与研究单级PFC反激式LED驱动电源设计与研究引言随着LED技术的快速发展和广泛应用，LED驱动电源的设计和研究日益受到关注。
为了提高LED驱动电源的能效和稳定性，越来越多的研究人员开始关注单级PFC反激式LED驱动电源的设计和研究。
本文将介绍单级PFC反激式LED驱动电源的基本原理、设计要点和性能优化。
一、单级PFC反激式LED驱动电源的基本原理1.1 单级PFC反激式LED驱动电源的概念单级PFC反激式LED驱动电源是指将交流电源转换为恒流输出的直流电源的装置。
它采用单级功率因数校正（PFC）和反激式拓扑结构，能够实现高功率因数、低谐波失真和高效率的特点。
1.2 单级PFC反激式LED驱动电源的基本原理单级PFC反激式LED驱动电源的基本原理是通过整流桥、电容滤波器、PFC控制电路和反激转换器实现交流电源到恒流直流输出的转换。
其中，PFC控制电路用来实现功率因数校正，反激转换器用来实现直流电压转换和恒流输出。
二、单级PFC反激式LED驱动电源的设计要点2.1 功率因数校正（PFC）控制电路的设计功率因数校正是提高LED驱动电源能效的重要手段。
其基本原理是通过改变输入电流的波形和相位，使输入电流与输入电压之间保持一定的相位差，从而提高功率因数。
在设计中，需要选择合适的PFC控制电路，如基于整流器电压控制的PFC电路、基于电流控制的PFC电路等，并采用合适的控制策略和控制参数。
2.2 反激转换器的设计与控制反激转换器是实现交流电源到恒流直流输出转换的关键器件。
其基本原理是通过开关管和变压器实现电能的转换和隔离。
在设计中，需要选择合适的开关管和变压器，以及合适的控制策略和控制参数。
另外，反激转换器还需要考虑过流、过压、过热等保护功能。
2.3 LED驱动电路的设计与优化LED驱动电路是将恒流输出转换为可供LED工作的电流和电压的电路。
其设计需要考虑LED的特性和光电性能，选择合适的电流和电压调节器件，并进行匹配和优化。
单级PFCLED驱动电源的研究与设计
ｔ ｅ ｅ ａ ｅａ ｆ ｅ ｒ ｑ ｅ ｃ ｎ ｒ ｄ ｃ ． ９ ／％ Ｄ％ ９ ． １ ａ ｊ ｓａ ｌ ｄ ｔ ｙ ｌ ｕ ｓ ｏ ｇ ｎ ｒ ｔ ｉ ｄ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｐ ｏ ｕ ｅ ０ ０ ６ ｘ ９ ９ ９ ｄ ｕ ｔ ｂｅ ｕ ｙ ｃ ｃｅｐ ｌｅ
ｅ
０ ０ ＜ Ｄ＜ ９ ． １ 可 调 的 Ｐ ．９ ９ ９ ＷＭ 脉 冲 波 去 调 节 Ｌ Ｄ 灯 串 的亮 度 ， 究 结 果 表 明 ， 够 实 现 宽 范 围 占 空 比 Ｅ 研 能 并 符 液 ～ 可调 的 ＰＷ Ｍ 脉 冲 波 ， 且 在 满 足 功 率 因数 要 求 的 同时 实 现 了高 效 率 和 低 成 本 ， 合
ｄ ｍｍ ａ ｌ ｉ ｂ ｅ ＬＥＤ ｓ ａ ｄ ｄ，ｈｅ ｍｕｌｉｒ ｓ ａ ｔｓ ｌ— ｘｃｔ ｄ ｏ ｃｌａ ｏ ｏ ｉｔ ｄ ｂｙ ＮＥ５５ ｓ ｕ ｅ ｉ ｄ ｅ ｔ ｔ— ｅ ｏｎ ｎ ｅ ｆｅ ｉｅ ｓ ｉｌ ｔ ｒｃ ｎｓｓ ｅ ５ ｉ ｓ ｄ
ｗｉｔ ｄ ｌｔ ｎ（ Ｗ Ｍ ）ｏ ｔ ｕ ｏ ａ ｊ ｓ ＥＤ’ ｌ ｈ ． ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｏ ｌ ｄ ｈ ｍｏ ｕａ ｉ Ｐ ｏ ｕ ｐ ｔｔ ｄ ｕ ｔＬ Ｓ ｉ ｔ Ｔｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｅ ｉｎ ｃ ｕｄ ｇ ａ ｈｅ ｅａｗｉｅｒ ｎ ｅ ｏ ｄ ｓｍｅ ｔｄ ｔ ｙ ｌ Ｗ Ｍ ｕｓ ｖ ｎ ｔｉ ａ ｉｆ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｃ ｉｖ ｄ ａ ｇ ｆａ ｊ ｔ ｎ ｕ ｙ ｃ ｃｅ Ｐ ｕ ｐ ｌｅｗａ ｅ ａ ｄ ｉ ｓ ｓ ｔｓｉ ｔ ｈ ｅ
ａ
Ｌ Ｄ驱 动 电源 发 展 的 趋 Ｅ
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词 ：单 级 Ｐ ＦＣ恒 压 源 ； 流 驱 动 ； ＥＤ 调光 恒 Ｌ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ ０ ３ ８ ／ ＹＸＳ Ｏ ２ ７ ５ ０ ７ ：１ ． ７ ８ ＹＪ ２ １２ ０ ． ６ １
单级PFC反激式电感计算
单级PFC反激式电感计算单级PFC（Power Factor Correction）反激式电感是电力电子设备中常用的一种电路拓扑，用于提高电路的功率因数（Power Factor）和效率。
在单级PFC反激式电感的设计中，主要涉及到电路参数的计算和选择，包括输入滤波电容、电感元件以及开关器件等。
首先，我们需要计算输入滤波电容的值。
输入滤波电容主要用于平滑输入电流，减小输入电压的谐波变化。
输入电容的选择要考虑到功率因数的要求和输入电压的波动范围。
根据电容值与电压波动率之间的关系，可以使用下面的公式计算输入滤波电容的最小值：C_min = IL / (DV * f * (1 - D))其中，C_min是输入滤波电容的最小值，IL是输入电流的幅值，DV是输入电压的波动率（通常取0.1-0.2），f是输入电压的频率，D是开关器件的占空比（通常取0.5）。
接下来，我们需要计算电感元件的值。
电感元件主要用于存储能量并平滑电流波形。
电感元件的选择要考虑到输出电压和输出电流的要求。
根据电感元件的大小与输出电压和输出电流之间的关系，可以使用下面的公式计算电感元件的最小值：L_min = Vout / (ΔI / f)其中，L_min是电感元件的最小值，Vout是输出电压，ΔI是输出电流的波动范围，f是开关频率。
最后，我们需要选择合适的开关器件。
开关器件主要决定了电路的开关频率和效率。
一般来说，开关器件可以选择MOSFET或IGBT。
选择开关器件时需要考虑其导通和关断损耗、导通和关断速度以及价格等因素。
需要注意的是，在实际设计中，以上的计算结果只是初步参考值，实际设计过程中还需要考虑到因素的容差和电路的稳定性。
综上所述，单级PFC反激式电感的设计包括输入滤波电容、电感元件和开关器件的计算和选择。
通过合理选择电路参数，可以提高电路的功率因数和效率。
实际设计过程中还需要考虑到因素的容差和电路的稳定性。
以上只是一个简单的介绍和概述，实际设计需要根据具体的应用和要求进行详细计算和优化。
单相PFC电路设计模块
单相PFC电路设计模块单相功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）电路是用于改善电源功率因数的一种电路，其工作原理是通过输入电流的波形调整电源的输入功率因数，以达到更高的功率因数，从而提高系统的效率和稳定性。
本文将分析单相PFC电路的设计要点和模块。
首先，单相PFC电路通常由整流桥、滤波电感、开关和控制电路组成。
整流桥用于将交流电源转换为直流电压，滤波电感和电容则用于滤除整流后的脉动电流和电压。
开关控制电路则根据输入电流的波形来控制开关的导通和断开，以调整电源的输入功率因数。
在设计单相PFC电路时，需要考虑以下几个关键要点：首先是选择合适的整流桥。
整流桥的选择应考虑到其承受的电压和电流范围，以及输送功率的需求。
一般情况下，使用桥式整流电路比半波整流电路更为常见，因为桥式整流电路具有更高的效率和稳定性。
其次是滤波电感和电容的选择。
滤波电感和电容的选择应能有效滤除整流后的脉动电流和电压，以保证电源输出的稳定性和质量。
电感的选择应考虑其电流和功率损耗，以及储能能力。
电容的选择应考虑其电压和容量，以及响应时间。
合理选择这两个参数可以有效减小系统的失真和谐波。
再次是开关的选择和控制电路的设计。
开关通常选择功率开关晶体管或功率MOSFET，因为它们具有低导通压降和低开关损耗的特性。
控制电路通常由比较器和三角波发生器组成，用于控制开关的导通和断开时间，以调整输入电流的波形。
控制电路还应确保开关的工作频率满足系统要求，并保持稳定的输出电压和功率因数。
最后是保护电路的设计。
保护电路可以防止系统出现过压、过流或过温等异常情况，以保证系统的安全运行。
常见的保护电路包括过压保护、过流保护和过温保护等。
综上所述，单相PFC电路设计模块需要考虑整流桥、滤波电感和电容、开关和控制电路，以及保护电路等关键要点。
合理选择和设计这些模块可以提高系统的功率因数，提高效率和稳定性。
当然，为了更好地适应实际应用需求，还需要考虑输入电压范围、输出电压和功率要求等因素，以满足实际应用的需求。
L6562单端PFC反激变压器设计TM模式
L6562单端PFC反激变压器设计TM模式L6562是一种集成了功率因数校正（PFC）控制器的单端反激变压器设计TM模式（Transition Mode）。
在设计L6562单端PFC反激变压器时，需要考虑以下几个方面：输入电压范围、输出电压和电流要求、变压器的设计以及保护电路。
首先，确定输入电压范围。
L6562适用于85VAC至265VAC范围的输入电压。
为了实现更宽的输入电压范围，可以使用适当的纹波电容和电感器进行滤波和调整。
接下来，确定输出电压和电流要求。
根据应用需求确定输出电压和电流的要求，可以通过调整变压器的线圈比例和电感大小来实现。
同时，还要考虑负载变化时的稳定性和响应速度。
然后，进行变压器的设计。
变压器是反激变压器设计中的核心部分，可以通过设计合适的线圈比例和磁芯来满足电压变换需求。
选择合适的磁芯材料和尺寸可以提高变压器的效率和输出功率。
最后，设计保护电路。
在设计过程中，还需要考虑过电流、过电压和短路等异常情况的保护措施。
例如，可以添加过流保护电路、过压保护电路和过温保护电路，以确保系统的可靠性和安全性。
需要注意的是，在设计单端PFC反激变压器时，还需要进行一系列的电路仿真和验证，以确保系统的稳定性、效率和可靠性。
使用仿真软件，如LTspice或PSIM，可以帮助进行电路分析和优化。
总结起来，L6562单端PFC反激变压器设计包括确定输入电压范围、输出电压和电流要求，进行变压器的设计以及设计保护电路。
通过合理设计和优化，可以实现高效、稳定和可靠的单端PFC反激变压器设计。
由单相功率因数校正(PFC)实现三相PFC的方案介绍
由单相功率因数校正（PFC）实现三相PFC的方案介绍
引言
电力电子装置的广泛应用，给公用电网造成严重污染，谐波和无功问题日益受到重视。
为了减轻电力污染的危害程度，许多国家纷纷制定了相应的标准，如国际电工委员会的谐波标准IEEE5552和IEC100032等。
功率因数校正(Power Factor CorrecTIon，简称PFC)技术，尤其是有源功率因数校正(Active Power FactorCorrection，简称APFC)技术可以有效的抑制谐波，已成为研究的热点。
单相APFC技术的研究比较成熟，已有不少商业化的专用控制芯片，如UC3854，IRll 50，LTl508，ML4819。
与单相功率因数校正整流装置相比，三相PFC整流装置具有许多优点：(1)输入功率高，功率额定值可达几千瓦以上;
(2)单相PFC整流装置输入功率是一个两倍于工频变化的量，但在三相平衡装
置中，三相输入功率脉动部分的总和为零，输入功率是一恒定值，三相PFC整流装置输出功率的脉动周期仅为单相全波整流的三分之一，脉动系数低，因此可以使用容量较小的输出电容，从而可以实现更快的输出电压动态响应。
三相APFC技术正成为众多学者研究的重点，但其实现有一定的困难，而且还未见成熟的专用控制芯片。
若能将单相APFC电路简单整合成一个三相APFC电路，将能充分利用成熟的单相控制芯片，制作出满足要求的三相APFC装置。
1 由单相APFC组合成三相APFC的几种方法
单相PFC组合成三相PFC的技术优势是：(1)无需研究新的拓扑和控制方式，可直接应用发展比较成熟的单相PFC拓扑，以及相应的单相PFC控制芯片和控制方法;(2)电路由多个单相PFC同时供电，如果某一相出现故障，其。
单相pfc硬件电路设计方案_补充说明
单相pfc硬件电路设计方案补充说明1. 引言1.1 概述单相PFC（Power Factor Correction）技术是在电力电子领域中的一项重要研究内容。
其作用是将非线性负载引起的功率因数低于理论值的问题进行校正，以提高电网的效率和降低谐波污染。
本文主要针对单相PFC硬件电路设计方案进行了详细的讨论和分析。
1.2 文章结构本文总共分为五个部分，具体结构如下：第一部分为引言，主要对文章的背景、目的和结构进行概述。
第二部分介绍了单相PFC硬件电路的基本原理，包括了单相PFC技术的概述、PFC电路需求和作用以及单相PFC硬件电路设计时需要考虑的因素。
第三部分阐述了单相PFC硬件电路设计方案及要点，重点探讨了输入滤波器设计要点、整流桥设计要点以及电容器选取和管理策略。
第四部分通过实际案例进行了单相PFC硬件电路设计与评估，包括设计案例介绍和参数选择、性能评估和仿真分析结果以及改进措施和优化建议。
最后一部分为结论与展望，总结了本文的研究成果和设计方案的局限性，并展望了进一步的研究工作。
1.3 目的本文旨在通过对单相PFC硬件电路设计方案的深入研究和分析，提供给读者关于单相PFC技术的基本原理、设计要点以及实际案例评估的全面理解。
通过本文，读者可以更好地掌握单相PFC硬件电路设计方案，并为今后相关研究和应用提供参考和指导。
2. 单相PFC硬件电路的基本原理2.1 单相PFC技术概述单相功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）技术是一种应用于电源系统中的重要技术。
该技术的目标是使电源的输入功率因数接近于1，以提高电能利用率和减少对电网产生的污染。
在单相PFC技术中，通过采用特定的电路设计和控制策略，可以实现对输入电流进行纠正并使其与输入电压同相。
2.2 PFC电路的需求和作用在传统非PFC电源系统中，由于负载特性造成了功率因数低、谐波污染等问题。
而PFC技术的引入可以显著改善这些问题。
单级反激PFC设计
单级反激PFC设计单级反激PFC（Power Factor Correction）是一种电路设计技术，可以帮助改善电力系统的功率因数。
传统的功率因数低的电路会导致电网能源浪费和电力系统的不稳定性。
单级反激PFC可以通过减小谐波干扰，增加功率因数并提高效率，从而达到更高的能源利用效率和电力系统的稳定性。
1. 电路拓扑选择：单级反激PFC主要有Boost转换器和Flyback转换器两种常用的电路拓扑。
Boost转换器适用于大功率应用，Flyback转换器适用于小功率应用。
根据具体需求选择适合的拓扑结构。
2.输入滤波电感设计：输入滤波电感的设计可以有效减小电源线上的谐波干扰。
一般来说，选择适当的电感值可以实现较好的滤波效果，同时还要考虑电感的尺寸和成本限制。
3.交流电压检测：单级反激PFC是基于交流电压进行控制的，所以需要对输入电压进行实时检测。
可以使用简单的电压分压电路和比较器等组成反馈控制回路，来实现对输入电压的准确检测。
4.反馈控制设计：单级反激PFC需要对输出电压进行反馈控制，以达到稳定的输出电压。
一般采用PID控制算法，结合脉宽调制技术，通过调节开关器件的导通时间来维持输出电压稳定。
5.调光控制设计：如果设计的单级反激PFC用于LED照明系统，还需要考虑调光控制的设计。
可以采用脉宽调制技术，调节开关器件导通时间的方式来实现LED灯光的调光控制。
单级反激PFC的设计一般需要进行仿真和实验验证，以保证设计的性能和稳定性。
通过合理的电路拓扑选择、输入滤波电感设计、交流电压检测、反馈控制设计和调光控制设计等关键方面的设计，可以实现高效率、高功率因数的反激PFC电路。
总之，单级反激PFC设计是一项综合性的电路设计任务，需要综合考虑各个方面的因素。
通过合理的设计和优化，可以实现高效率、高功率因数的单级反激PFC电路，从而提高电力系统的能源利用效率和稳定性。
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单级功率因数校正（PFC)变压器的设计
1引言
为了减少对交流电网的谐波污染，国际上推出了一些限制电流谐波的标准，如IEC 1000- 3-2，它要求开关电源电源必须采取措施降低电流谐波含量。
为了使输入电流谐波满足要求，必须加入功率因数校正（PFCPFC）。
目前应用得最广泛的是PFC级＋DC/DC级的两级方案，它们有各自的开关器件和控制电路。
这种方案能够获得很好的性能，但它的缺点是电路复杂，成本高。
在单级单级功率因数校正变换器[1]中，PFC级和DC/DC级共用一个开关管和一套控制电路，在获得稳定输出的同时实现功率因数校正。
这种方案具有电路简单、成本低的优点，适用于小功率场合。
本文介绍了一种单级PFC变换器的基本原理及其设计设计过程。
2单级PFC变换器
单级PFC变换器的原理图，是一种基于脉宽调制（PWM）的变换器。
变换器的PFC级采用Boost 电感电路，而DC/DC级采用双管单端正激电路结构。
PWM集成芯片采用了UC3842，是一种电流型控制的专用芯片，具有电压调整率高、外围元器件少、工作频率高、启动电流小的特点。
其输出驱动信号通过隔直电容，连接在驱动变压器变压器原边。
驱动变压器采用副边双绕组结构，得到两路同相隔离的驱动信号，从而实现了DC/DC级的双管驱动。
变换器的过流保护由电阻R9检测到开关管的过流信号，封锁UC3842的输出信号，实现过流保护。
电压负反馈控制由电阻R12和R13获得输出电压信号。
变换器的工作原理简述如下：当变换器接通电源时，输入交流电压整流后的直流电压经电阻R17降压后，给UC3842提供启动电压。
进入正常工作后，二次绕组N3提供UC3842的工作电压（12 V）；绕组N2的高频电压经整流滤波，由TL431获得偏差信号，经光耦隔离后反馈到UC3842，去控制开关管的导通与截止，实现稳压的目的。
在一个开关周期Ts内，控制Boost 电感工作在不连续导电模式（DCM）下，使得输入电流波形自然跟随输入电压波形，从而实现了功率因数校正。
3变换器的设计
3.1 EMI滤波器的设计
EMI滤波器能有效地抑制电网噪声，提高电子仪器、计算机和测控系统的抗干扰能力及可靠性[2]。
单级PFC变换器的PFC级工作在不连续导电模式下，其输入电流波形为脉动三角波，因此其前端需添加EMI滤波器以滤除高频纹波。
EMI滤波器电路，包括共模扼流圈（亦称共模电感）和滤波电容。
共模电感主要用来滤除共模干扰，其电感量与EMI滤波器的额定电流有关。
本文中的单级PFC变换器的额定电流为1 A，取共模电感值为15 mH。
滤波电容C11和C13主要滤除串模干扰，容量大致为0.01μ F～0.47 μ F。
C14和C15跨接在输入端，并将电容器的中点接地，能有效抑制共模干扰，容量范围是2200 pF～0.1 μ F。
3.2功率器件的选取
变换器的开关器件一般均选用功率场效应管（MOSFET），依据输入最高电压时输出最大电流的要求来确定其电压与电流等级，并预留有1.5～2倍的电压和2～3倍的电流裕量。
在单管变换器中，开关器件的电压UCEO通常可按经验公式选取
式中：Udmax为漏源极的最大电压；
D为占空比。
开关器件的电流按高频变压器一次绕组的最大电流来确定。
本文中，由于采用双管电路结构，每个开关管所承受的电压为UCEO的一半，故选用耐压500 V、电流8 A的IRF840。
变换器中PFC级的二极管选用了超快速恢复二极管，而DC/DC级整流输出端选用肖特基整流二极管，以减小二极管的压降。
3.3变换器电感的设计
在单级PFC变换器中，为了实现功率因数校正，通常控制PFC级的Boost电感工作在不连续导电模式；而为了提高变换器的率，DC/DC级一般采用连续导电模式，在一个开关周期内，通过L1和L2的电流。
为了使Boost电感工作于DCM，则有
式中：RL为变换器的负载电阻；
L1为Boost电感值；
Ts为变换器的开关周期；
D为占空比；
η为变换器的效率；
UC1为中间储能电容上的电压；
Uo为输出电压。
为了使得DC/DC级工作在连续导电模式下，则有
式中：L2为DC/DC级的储能电感值。
在本文中，要求Ts=8.33 μ s，D=0.2， Uo=16 V，RL=2.133 Ω，UC1=380 V。
故选取L1=100 μH，L2=20μH。
功率因数校正的实验结果。
图中，第一条波形是交流输入电压经整流桥后的电压波形，第二条波形是流经Boost电感L1的电流波形，近似于正弦波。
实验得到的功率因数为0.97。
3.4高频变压器的设计
高频变压器是变换器的核心元件，它的性能好坏不仅影响其本身的发热和效率，而且还会影响到变换器的技术性能和可靠性。
1）磁芯的选用
本文的负载设计为Uo=16V，Io=7.5A，由高频变压器的二次绕组N2绕组提供。
而绕组N3提供UC3842的工作电源，其输出功率很小，可忽略。
由设定条件可知，高频变压器的输出功率为
给出的输出功率与磁芯尺寸的关系，选用了PQ32－30磁芯，其有效截面积为167mm2。
2）绕组匝数的确定
变压器初级绕组电压幅值UP1为
式中：UC1是变压器输入直流电压(等于中间储能电容上的电压)；
ΔU1是变压器初级绕组的电阻压降与开关管的导通压降之和，在实际计算中可以忽略。
变压器二次绕组N2的电压幅值UP2
式中：ΔU2是变压器二次绕组的电阻压降与整流管的压降之和。
初级绕组匝数N1为
式中：f是开关频率（120 kHz）；
ΔBm是磁通增量，此处取ΔBm=0.15T。
二次绕组N3提供UC3842的12V工作电压，其匝数由下式得到
式中：UP3为二次绕组N3的电压幅值。
4结语
应用脉宽调制集成控制芯片UC3842构成的单级PFC变换器，具有电路结构简单、成本低等优点。
不仅获得稳定的输出，而且实现了功率因数校正。