单相功率因数校正电路的设计与研究论文

单相功率因数校正电路的设计与研究

目录

摘要............................................... 错误!未定义书签。ABSTRACT............................................ 错误!未定义书签。目录 (1)

1 绪论 (2)

1.1开关电源概述................................. 错误!未定义书签。

1.2功率因数校正概述 (2)

1.3软开关单相升压功率因数校正 (3)

2 有源功率因数校正APFC的基本工作原理与应用 (3)

2.1功率因数校正（PFC）的定义及意义 (3)

2.1.1 功率因数校正的定义 (3)

2.1.2 功率因数校正的意义 (4)

2.2有源功率因数校正技术的研究现状 (6)

2.3功率因数校正实现方法 (6)

2.4有源功率因数校正技术的分类 (7)

3 BOOST变换器功率因数硬开关校正电路的仿真 (7)

3.1主电路的设计及工作波形图 (7)

3.2B OOST变换器基本原理 (8)

3.3主电路主要元器件的参数设计 (9)

3.3.1 高功率因数校正硬开关AC/DC变换电路技术指标 (9)

3.3.2 升压电感的设计 (9)

的设计 (10)

3.3.3 输出电容C

O

3.4主电路的仿真与分析 (11)

4 BOOST型ZVT-PWM功率因数软开关校正电路的仿真 (14)

4.1主电路的设计及工作波形图 (14)

4.2B OOST型ZVT-PWM变换器工作原理 (15)

4.3B OOST型ZVT-PWM变换器运行模式分析 (15)

4.4硬开关技术的缺点 (17)

4.5B OOST型ZVT-PWM变换器的优缺点 (19)

4.6软开关技术的特性 (19)

4.7主电路主要元器件的参数设计 (21)

4.7.1 高功率因数校正软开关AC/DC变换电路技术指标 (21)

4.7.2 谐振电感Lr的设计 (21)

4.7.3 谐振电容Cr的设计 (22)

4.8主电路的仿真与分析 (22)

5 全文总结 (25)

摘要

功率因数校正技术是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的方法，近年来受到了越来越多的关注。本文在论述有源功率因数校正基本原理的基础上，对有源功率因数校正的主电路拓扑及控制方法进行了分析与比较，总结其特点:对无源功率因数校正(PFC)电路、有源两级功率因数校正(PFC)电路和有源单级功率因数校正(PFC)电路进行了分析及性能比较，指出它们分别适用的场合。通过比较，选择Boost变换器为主电路拓扑，采用UC3854控制器，设计一容量为500W 的单相有源功率因数校正电路，给出了具体电路参数的计算。应用非线性优化方法分别对主电路和控制电路的补偿网络进行了优化设计。对无直流电压传感器的原理进行了详细的分析，并进行了仿真，结果证明了原理电路的可行性。

关键词:功率因数校正，优化，传感器

1 绪论

1.1 功率因数校正

整个电源的谐波干扰和电网污染早已引起人们的关注。但是，当时的电源数量很少，谐波干扰也相对较小，因此并未引起普遍关注。在过去的20年中，随着现代经济和技术的飞速发展，越来越多的电气设备被添加到电网中，并且许多谐波分量被创建并通过电网连接到其他电气设备，从而稳定了重要的电子设备，例如计算机。在操作过程中会发生严重的电磁干扰。

由于传统的稳压电源数量大增，其输入级不控整流器和高压大滤波电容产生的严重谐波电流干扰，已成为强噪声发射源，危害了电网的正常工作，使220V 电网输送线路上损耗剧增，浪费了大量的电能[1]。开关电源输入级的峰值电流非常高，将电网侧的功率因数从0.5降低到0.65。即，视在功率远大于有用功率，并且电网的质量受到严重损害。因此，发达国家正在率先引入各种功率因数校正（PFC）方法来实现“绿色能源”革命，以限制电子制造商访问网络的电气设备的电流谐波国际标准IEC555-2，EN60555-2我不得不实施等价值。

功率因数校正电路（PFC）分为有源和无源。无源补偿电路通常由大容量的

电感器，电容器和整流器组成，它们在工频电源上工作。使用无源功率因数校正

技术获得的功率因数不如有源校正电路高，但是功率因数可以提高到0.7-0.8，

因此该技术广泛用于中小型电源。本文主要讨论有功功率因数校正的方法。自

1990年代以来，有源校正电路发展迅速。您需要在桥式整流器和输出电容器滤

波器之间增加一个功率转换电路，以使功率因数接近1。有源晶体电路在高频开

关状态下工作，其体积小，重量轻，比无源晶体电路更有效率。

1.2 软开关单相升压功率因数校正

当前，升压电路广泛用于单相整流电源的功率因数校正（PFC）技术。传统的升压电路在硬开关状态下工作，并且在不连续导通模式下工作时，电感器电流的峰值与输入电压成正比，并且输入电流波形遵循输入电压波形，从而简化了控制。关断导通电流和大峰值电流会导致大的关断损耗和严重的电磁干扰。因此，在升压电路中采用软开关技术不但可以提高开关频率，还能解决开关开通与关断损耗、容性开通、感性关断和二极管反相恢复4大难题[2]。但是，在软开关技术领域，现有技术提出了几种电路，例如谐振转换器，准谐振转换器和零开关PWM 转换器，但是这些电路可以用于单相功率因数校正电路。它提高了功率因数和系统效率，但总体上并不理想。在软开关状态下工作的特性是在连续导通模式下工作，优点是与使用传统的硬开关控制技术进行功率因数校正相比，功率开关管的开关损耗和二极管的反向恢复损耗得到了极大的改善。我们可以看到，通过电路仿真和实际电路设计可以很好地实现功率因数。

出于校正目的，大大降低了功率管的开关损耗，抑制了电磁干扰，并获得了更高的效率。升压谐振转换器（包括伪谐振和多谐振转换器）的谐振电感和谐振电容一直参与能量传递，并且电压和电流应力很高。在零开关PWM转换器中，谐振元件并不总是在谐振状态下工作，而是谐振电感串联在主功率环路中，并且损耗相对较大。谐振转换器完全相同，并提出了一种零转换PWM转换器。它可以分为零电压转换PWM转换器（Boost ZVT-PWM）和零电流转换PWM转换器（Boost ZCT-PWM）。这种转换器是软开关技术的又一次飞跃。它的功能在PWM模式下运行，并且辅助谐振电路仅在主开关被切换以实现开关的软切换时才起作用，否则它不起作用，从而降低了辅助电路的功耗。此外，辅助电路与主电源电路并联连接，辅助电路的工作不会增加主开关管的电压和电流应力，并且主开关管的电压和电流应力很小。

2 有源功率因数校正APFC的基本工作原理与应用

2.1 功率因数校正（PFC）的定义及意义

2.1.1 功率因数校正的定义

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。