功率因数校正电路设计
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论文摘要:单相功率因数校正电路是一种用于提高电力系统功率因数的电路装置。
本文以单相电力系统的功率因数校正为目标,对单相功率因数校正电路进行了设计与研究。
文章首先分析了单相功率因数校正的原理与意义,然后根据需求设计了一套单相功率因数校正电路,并进行了详细的实验与测试。
结果显示,该单相功率因数校正电路能够有效提高系统的功率因数,达到预期的效果。
关键词:单相电力系统、功率因数校正、电路设计、研究1.引言单相电力系统中,功率因数是衡量电力系统能量利用效率的一个重要指标。
功率因数是指有功功率与视在功率之间的比值。
当系统的功率因数低于1时,电网会出现无效功率,造成能量的浪费。
因此,单相功率因数校正电路的设计与研究具有重要的实际意义。
2.单相功率因数校正的原理与意义单相功率因数校正的原理是通过改变负载电路的电流波形,使其与电源电压波形保持一致,从而提高功率因数。
通过增加并联电容或改变电路的相角,可以对功率因数进行调节。
功率因数校正的意义在于提高电力系统的能源利用率,降低电网的无效功率损耗。
3.单相功率因数校正电路的设计根据单相功率因数校正的原理与需求,设计了一套单相功率因数校正电路。
该电路由交流电源、并联电容、三角形三角波发生器、比较器等组成。
交流电源提供电压供电,通过并联电容和三角波发生器的输出进行比较,得到比较器的输出信号,最后控制负载电流波形,实现功率因数校正。
4.实验与测试为验证单相功率因数校正电路的性能,进行了详细的实验与测试。
首先搭建了实验平台,连接电源、负载,同时进行电流、电压和功率因数的测量。
然后通过比较实验数据,分析功率因数校正前后的差异。
实验结果显示,通过单相功率因数校正电路的设计,系统的功率因数得到了明显的提高。
5.结论本文针对单相电力系统的功率因数校正问题,进行了电路设计与研究。
通过实验测试,验证了单相功率因数校正电路的有效性。
该电路能够提高电力系统的功率因数,达到节能减排的目的。
基于BOOST电路的有源功率因数校正设计

的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数,被动式 PFC 包括静音式被动 PFC 和非 静音式被动 PFC。 被动式 PFC 的功率因数只能达到 0.7~0.8, 它一般在高压滤波电容附近。 “填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路, 其特点是利用整流桥后面的填谷电路来 大幅度增加整流管的导通角, 通过填平谷点, 使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波 形,将功率因数提高到 0.9 左右,显著降低总谐波失真。与传统的电感式无源功率因数校正 电路相比,其优点是电路简单,功率因数补偿效果显著,并且在输入电路中不需要使用体积 大重量沉的大电感器。有源 PFC 由电感电容及电子元器件组成,体积小、通过专用 IC 去调 整电流的波形,对电流电压间的相位差进行补偿。有源 PFC 可以达到较高的功率因数──通 常可达 98%以上,但成本也相对较高。此外,有源 PFC 还可用作辅助电源,因此在使用有 源 PFC 电路中,往往不需要待机变压器,而且有源 PFC 输出直流电压的纹波很小,这种电 源不必采用很大容量的滤波电容。
所以,电感电压小信号为
THD 会超过电流基波,PF 不超过 0.6。线路功率因数过低和电流谐波含量过高,不仅会对 造成电能巨大浪费,而且会对电力系统产生严重污染,影响到整个电力系统的电气环境,包 括电力系统本身和广大用户,都对 AC 线路电流谐波做出了具体的限制要求。 为提高线路功率因数,抑制电流波形失真,必须采用 PFC 措施。 在交流电路中,电压与电流之间的相位差(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。 功率因数的大小与电路的负荷性质有关, 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数 为 1,一般具有电感性负载的电路功率因数都小于 1。功率因数是电力系统的一个重要的技 术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低,说明电路用于交变磁 场转换的无功功率大, 从而降低了设备的利用率,增加了线路供电损失。所以,供电部门 对用电单位的功率因数有一定的标准要求。 传统的开关电源存在一个致命的弱点,功率因数低,一般只有 0.45~0.75。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 ψ,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。其根源是整流 电路后的滤波电容使输出电压平滑,但却使输入电流变为尖脉冲,降低了功率因数。 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为 ψ 时,功率因数 PF 即为 cosψ。 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抗的阻抗负载,所以才会存在着电压与 电流之间的相位角 ψ。 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) 电压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。 功率因素校正的概念起源于 1980 年,但被重视和推广则在 20 世纪 80 年代末期和 90 年代。综观 PFC 技术的发展,PFC 技术可划分为两大类:一类是无源 PFC 技术;另一类是 有源 PFC 技术。采用无源元件来改善输入功率因素,减小电流谐波满足标准要求,其特点 是简单,但体积庞大、笨重,有些场合则无法满足要求。 一般分“电感补偿式”和“填谷电路式(Valley Fill Circuit)”。“电感补偿方法”是使交流输入
基于SEPIC的功率因数校正电路的参数设计与分析

基于SEPIC的功率因数校正电路的参数设计与分析张洋,龚春英(南京航空航天大学航空电源重点实验室,江苏南京 210016)1 引言电力电子装置日益广泛的应用,使得谐波污染问题引起了人们越来越多的关注。
电力电子技术的进步,使得功率因数校正问题的研究也越来越深入。
传统的功率因数校正电路由Boost电路构成。
这种电路控制复杂,输出电压比输入高,难以实现输入输出的电气隔离。
而由反激电路构成的功率因数校正电路必须工作在电感电流断续的状态,往往需要大体积的EMI滤波器。
而SEPIC电路用于PFC有着其天然优势。
由于其前级类似于Boost,从而可以保证输入电流的连续,减小了输入EMI;而其输出又类似于反激,易于实现电气隔离。
近来,SEPIC-PFC电路正受到越来越多的关注。
[1][2][3][4]单独的SEPIC电路只须工作在电流断续状态就能自然实现PFC,这里所说的断续是指二极管上的电流断续,而输入升压电感上的电流是连续的。
在开环工作状态下其理论功率因数为1,因此,无需专用控制芯片[2]。
2 SEPIC-PFC电路的工作原理SEPIC-PFC电路原理如图1所示,输入交流电压u i=U i sinωt。
假设开关频率比母线频率大得多,由“准稳态”的分析方法及SEPIC电路的工作原理[6]可以知道:电容C c上的电压u cc=U i|sinωt|。
图1 SEPIC-PFC电路在一个开关周期内,电路工作可以分为三个模态[2]。
2.1 工作模态1S开通,电路模态如图2(a)所示,假定电路工作在二极管电流断续,L1电流连续的状态。
S开通前有i L1=-i L2=i1当t on=DT s,S导通结束时,如图2(d)所示,应有i L1,pk=i1+DT s(1)i L2,pk=-i1+DT s (2)式中:D为占空比;u i=U i|sinωt|;T s为开关周期;i1,-i1,i L1,pk,i L2,pk分别为S开通前L1,L2上的电流及此模态结束时L1,L2上的电流。
基于NCP1653的功率因数校正电路设计

基于 NCP1653 的功率因数校正电路设计
年 级:2005 级 学 号:20051623 姓 名:张圣恒 专 业:电气工程及其自动化 指导老师:何晓琼
2009 年 6 月
西南交通大学本科毕业设计(论文) 院 系 年 级 题 目 指导教师 评 语 电气工程学院 专 业 2005 级 姓 名 基于 NCP1653 的功率因数校正电路设计
完成日期:
基于 NCP1653 的功率因数校正电路设计 电力电子装置的谐波污染和功率因数问题已经被广泛重
1、 本论文的目的、意义
视,针对谐波污染和功率因数问题,许多国家和地区已制定了相关的标准和规定, 以 限制谐波的危害,净化电磁环境。为满足应用的需求,功率因数校正技术在越来越多 的电力电子装置中采用,因此,功率因数校正技术已成为当今电力电子技术领域的研 究热点,并出现了一系列用于功率因数校正的控制芯片。本文要求在对功率因数校正 技术和基本原理充分了解的基础上, 对基于电流连续模式的功率因数校正控制方法进 行研究,按照给定的设计指标对电路进行设计,并对设计结果进行仿真,并采 用 NCP1653 控制芯片完成原理图并制作电路板,同时进行电路板的调试与测试,最后对 整个设计进行总结。 2、学生应完成的任务 (1)了解功率因数校正技术的发展现状及应用特点; (2)分析采用 BOOST 变换器的有源功率因数校正原理和应用情况; (3)分析有源功率因数校正的控制方式; (4)对 CCM 和 DCM 两种控制方式进行比较; (5)分析 NCP1653 芯片的原理与应用特性; (6)按照给定参数指标对主电路进行设计; (7)对设计结果进行仿真分析验证; (8)采用 NCP1653 控制芯片设计原理图和绘制电路板 (9)对电路板进行调试和测试; (10)对设计合理性进行分析总结
什么是功率因数校正电路如何设计一个功率因数校正电路

什么是功率因数校正电路如何设计一个功率因数校正电路功率因数校正电路的设计是为了改善电力系统中的功率因数,通过使功率因数接近1来提高电力系统的效率。
本文将介绍功率因数校正电路的概念和原理,并提供一个设计功率因数校正电路的步骤。
概述功率因数是衡量电路中有功功率与视在功率之比的指标。
功率因数越接近1,表示电路中的有用功率越高,无用功率(如无功功率)越低。
而功率因数校正电路的作用,则是通过改变电路中的电流波形,以提高功率因数的数值。
功率因数校正电路的设计步骤如下:1. 确定校正电路的类型在设计功率因数校正电路之前,需要明确校正电路的类型。
常见的功率因数校正电路有无源LC滤波器和有源电路两种。
无源LC滤波器主要由电感和电容组成,通过调整滤波器中的元件数值和结构来实现功率因数的校正。
有源电路则需借助电子元器件如运放、晶体管等来完成。
2. 计算电路参数根据所选类型的校正电路,需要计算电路参数。
对于无源LC滤波器,需要计算所需的电感和电容数值,以及它们的布局和连接方式。
而对于有源电路,则需计算运放或晶体管的增益和频率响应等参数。
3. 选择合适的元件根据所计算得到的电路参数,选择合适的电感、电容和其他元件。
这些元件的质量、容值和频率响应等都会直接影响校正电路的性能和效果。
4. 电路的连接和布局在连接和布局电路时,要遵循电路设计的原则,如尽量缩短信号路径和降低电路的损耗等。
对于有源电路,要保证电子元器件的正确连接,并注意电路的绝缘和屏蔽。
5. 进行测试和优化完成电路的连接后,需要进行测试和优化。
通过使用示波器等测试设备,检测电路的功率因数和性能,并根据测试结果对电路进行调整和优化。
总结功率因数校正电路的设计是为了提高电路的功率因数,并优化电力系统的效率。
通过选择合适的校正电路类型、计算得到电路参数、选择合适的元件、正确连接和布局电路,并进行测试和优化,可以设计出效果良好的功率因数校正电路。
以上是关于功率因数校正电路如何设计的简要介绍。
单相有源功率因数校正电路的抗干扰设计

电气 电力 IC 6 0 032或 E 10 —— E 10 —— N 6 0 032的 电磁 兼 容标 准要 求 , 电系 统 对 电 子 电器 设 备 的功 率 供
因数提 出 了越 来 越 高 的 要 求 。 功 率 因 数 校 正
・
电能质 量 ・
低压 电器 (0 1 o 1 ) 2 1 N .4
单 相 有 源 功 率 因数 校 正 电路 的 抗 干 扰 设 计
洪 文 , 邓联 文 , 谢 海鹏 , 齐迎 宾 , 顾 升 宇
( 中南大 学 物理 科 学与技 术 学 院 , 南 长 沙 4 0 8 ) 湖 10 3
d s n d w ih w s a pi o o t z o e a t or t n P C)cru s b s bi i n ie ls i h e i e hc a p l d t pi e p w rfc r cr ci ( F g e mi o e o i i y et l hn a d a w t ct a s g c
Abs r t tac :Bo s o oo y wa n lz d a d a s th c nto ta e ( te te nii e fr n e a lt s o tt p lg s a a y e n wic o r lsr t g t)srngh n a t—ntre e c bi y wa y i
男 , 士研究 生 , 硕 研 究 方 向 为 电 力 电 子
输入有干扰情况下 , 功率因数由 0574提高到 0850 且电压输出稳定 Байду номын сангаас .5 .0 , 斤关损耗低。
关键 词 : 率 因数 校 正 ; o s 拓 扑 结 构 ; 干扰 ; 制 策 略 功 B ot 抗 控
单相有源功率因数校正电路的设计与实现

单相有源功率因数校正电路的设计与实现一、引言二、单相有源功率因数校正电路的基本原理1. 有源功率因数校正的意义2. 单相有源功率因数校正电路的基本结构3. 单相有源功率因数校正电路的工作原理三、单相有源功率因数校正电路的设计与实现1. 电路参数的选择a. 功率因数调整范围的确定b. 过零检测器参数的选择c. 控制电路参数的选择d. 滤波器参数的选择2. 单相有源功率因数校正电路设计步骤a. 过零检测器设计b. 控制电路设计c. 滤波器设计3. 单相有源功率因数校正电路实现方法及注意事项a. 实现方法i) 负载侧串联法ii) 发生器侧串联法iii) 直接并联法b. 注意事项四、单相有源功率因数校正电路应用实例分析1. 实验平台搭建2. 实验过程及结果分析五、总结一、引言:随着工业化进程不断加快,电力负荷不断增加,电网中的功率因数问题越来越突出。
功率因数是指电路中有用功与视在功之比,它反映了电路的有功和无功的比例关系。
当负载中存在大量的感性元件时,会导致电路中存在一定的无功分量,这会使得电网中的无功负荷增加,降低了电网的供电能力和效率。
因此,在实际应用中需要对单相有源功率因数校正电路进行设计和实现。
二、单相有源功率因数校正电路的基本原理:1. 有源功率因数校正的意义:有源功率因数校正是指通过加入适当的无功补偿来改善系统或负载端的功率因数,达到提高系统效率、减少能耗、延长设备寿命等目标。
2. 单相有源功率因数校正电路的基本结构:单相有源功率因数校正电路主要由过零检测器、控制器、滤波器和逆变器等组成。
3. 单相有源功率因数校正电路的工作原理:单相有源功率因数校正电路通过检测交流信号波形上升沿或下降沿的时刻,控制逆变器输出电压的相位和幅值,使得负载侧电流与电压之间的相位差角度接近于零,从而达到功率因数校正的目的。
三、单相有源功率因数校正电路的设计与实现:1. 电路参数的选择:a. 功率因数调整范围的确定:根据实际应用需求来确定功率因数调整范围。
基于单周期控制的有源功率因数校正电路设计

毛 行 奎 (9 8 ) 男 , 教 授 , 士 , 究 方 向 为 电 力 电 子 高 频 磁 技 术 、 17 一 , 副 博 研 电力 电子 交 流 技 术 。 陈 为 (9 8 ) 男 , 授 , 士 生 导 师 , 士 , 究 方 向 为 电力 电子 高 频 磁 技 术 , 磁 兼 容 诊 断 与 滤 波 技术 。 15 一 , 教 博 博 研 电 基 金 项 目 : 建 省 教 育 厅 基 金 项 目资 助 (A 7 0 ) 福 J 0 0 5
需 输 入 电压 采 样及 乘法 器 , 简化 了控制 电路 结构 ,
减 少 了外 围器 件 , 降低 了成 本 , 因此 , 日益 受 到 关
注
AF P C变换 器 的 电感 取值 较 大 , 入 电 流连 续 , 输 高
频 电流纹 波小 , 关管 电流 应力 小 , 开 更适 用 于较 大
构 复 杂 、 计 繁 琐 、 围器 件 较 多 等 缺 点 , 计 时 设 外 设
性 能 与 成 本 较 难 兼 顾 。新 近 研 究 的 单 周 期 控 制
( n yl C nrlO C) A F O eC c o t , C 的 P C技 术 , 于 无 e o 由
B ot os 变换 器具 有输 入 端有 电感 , 以工作 于 可 D M 与 C M 2种 工作 模 式 , C C 电路 简单 , 效率 容 易 做 高 等特 点 , 种 拓 扑 更 为 广 泛 地 应 用 于 A F 这 PC 电路 中 。相对 于 D M 的 B ot C os 变换 器 , C os C M B ot
和受 控变 量 之 间 既 无 稳 态 误 差 也 无 动 态 跟 踪 误
传统 的有 源 功 率 因数 校 正 ( P C 电路 由于 AF)
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图2-6、2-7是滞环电流控制法实现BOOST型PFC电路的原理图和在半个工频周期内,功率开关管S的控制波形和电感电流波形的示意图。和峰值电流控制法不同的是,被控制量是电感电流的变化范围。输入电压信号和输出电压的反馈信号相乘,形成两个大小不同的与输入电压同频同相的电流控制参考信号,即:上限基准电流环信号和下限基准电流环信号。
在升压斩波电路中,只要输入电压不高于输出电压,电感L的电流就完全受开关S的通断控制;S通时, 增长,S断时, 下降,因此控制S的占空比按正弦绝对值规律变化,且与输入电压同相,就可以控制 波形为正弦绝对值,从而使输入电流的波形为正弦波,且与输入电压同相,输入功率因数为1。
图2-1典型的单相有源PFC电路
系主任(或责任教师)签名: 年 月 日
功率因数校正电路设计
摘要
以开关电源为代表的各种电力电子装置给工业生产和社会生活带来了极大便利,然而也带来了一些负面问题。通常开关电源的输入采用二极管组成的不可控容性整流电路,但是二极管整流电路不具有对输入电流的可控性,当电源电压高于电容电压时,二极管导通,电源电压低于电容电压时,二极管不导通,输入电流为0,这样就形成了电源电压峰值附近的电流脉冲。解决这一问题的方法就是对电流脉冲的幅度进行抑制,使电流波形尽量接近正弦波,这一技术成为功率因数校正技术,有无源功率因数校正和有源功率因数校正之分。
2.2
2.2.1
单相功率因数校正电路实际上是二极管整流电路加上升压型斩波电路构成的。典型单相有源PFC电路如图2-1所示,其主要原理波形如图2-2所示。
给定信号 和实际的直流电压 比较后送入PI调节器,得到指令信号 , 和整流后正弦电压相乘得到输入电流的指令信号 ,该指令信号和实际电感电流信号比较后,通过滞环对开关器件进行控制,便可使输入直流电流跟踪指令值,这样交流侧电流波形将近似成为与交流电压同相的正弦波,跟踪误差在由滞环环宽所决定的范围内。
4、完成总电路设计和参数设计。
时间安排:
课程设计时间为两周,将其分为三个阶段。
第一阶段:复习有关知识,阅读课程设计指导书,搞懂原理,并准备收集设计资料,此阶段约占总时间的20%。
第二阶段:根据设计的技术指标要求选择方案,设计计算。
第三阶段:完成设计和文档整理,约占总时间的40%。
指导教师签名: 年 月 日
图2-2单相有源PFC电路主要原理波形
2.2.2
基于BOOST电路的有源功率因数的校正技术具有输入电流畸变率低的特点,若电路工作于电流连续模式,则开关器件的峰值电流较低。单级PFC变换器拓扑是将功率因数校正电路中的开关元件与后缀DC-DC变换器中的开关元件合并和复用的,将两部分电路合二为一。单级PFC变换器控制电路通常只有一个输出电压控制闭环,在小功率电源中很占优势,因此主要以单相变换器为主。由于升压电路的峰值电流较小,目前主要采用单开关升压型电路,DC-DC部分为单管正激或反激电路。一种基本的单开关升压型单级PFC变换电路如图2-3所示。
有源功率校正技术采用全控器件构成的开关电路对输入电流的波形进行控制,使之成为与电源电压同相的正弦波,总谐波含量可以降到5%以下,而功率因数能高达0.995,彻底解决整流电路的谐波污染和功率因素低的问题。缺点是电路复杂、成本高、效率会下降。按照电路的拓扑结构可将有源功率因数校正方法分为以下几类:降压式(BUCK)、升降压式、反激式(FLYBOOST)、升压式(BOOST)、。其中电路更为可靠,应用广泛,本课程设计主要针对单相BOOST型功率因数校正电路进行设计分析。
2.3
实现功率因数校正的工作方式从电感电流是否连续可分为CCM模式和DCM模式两种。本课程设计仅要求CCM模式,所以这里主要介绍CCM-BOOST型控制方法。CCM模式下工作的BOOST型PFC电路有三种工作方式:电流峰值控制法、平均电流控制法和滞环电流控制法,主要体现在控制系统结构上的区别。
2.3.1
本课程设计设计的是基于有源功率因数校正原理的单相BOOST功率因数校正电路,BOOST电路作为基本的DC/DC变换器,具有电感电流连续、储能电感也兼做滤波器、可抑制RFI和RMI噪声、电流波形失真小、输出功率大等优点。完成当输入为220V、50HZ交流电时,输出为400V直流电压,输出功率为250W的功率因数校正电路的设计。对整个校正电路的各元件参数进行设计,通过SPICE仿真验证,最终设计完成满足要求的功率因数校正电路的设计。
图2-6电流滞环式PFC电路原理图
滞环电流控制法对BOOST型PFC电路而言是一种较为简单的控制方式,由于控制中没有外加的调制信号,电流的反馈和调制集于一身,因而可以获得很宽的电流频带宽度,电流动态响应快,具有内在的电流限制能力等优点。它的主要缺点是:负载对开关频率影响很大,因此设计滤波器时,要按最低开关频率考虑;滞环宽度对开关频率和系统性能影响很大,需要合理选取;当输入电源电压近零时,两个基准信号的差值很小,由于比较器精度及延迟等因素,容易引起过零点电流死区问题,这一般需要对电路加以补偿来解决。
1.2
电流谐波总畸变率定义为:
功功率因数与电流谐波总畸变率的关系为:
所以有
即: 。可见, 越大,功率因数越低, 越小,功率因数越高,因此可以考虑通过减小 来提高功率因数。
2
2.1
功率因数校正技术,有无源功率因数校正和有源功率因数校正之分。
无源功率因数校正技术是通过在二极管电路中增加电感、电容等无源元件和二极管元件,对电路中的脉冲进行抑制,以降低谐波分量,提高功率因数。这种方法简单可靠但增加的无源元件一般体积较大,成本高,功率因数也只能校正到0.8左右,难以满足要求。
关键词:功率因数校正,BOOST电路,谐波
1.
1.1
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,U为正弦电压有效值; 为畸变电流有效值; 为基波电流有效值和总电流有效值之比, ,称为基波因数; 称为位移因数或基波功率因数。可见,功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因数共同决定。 值小,则表示用电器设备的无功功率大,设备利用率低,导线、变压器损耗大; 值小,则表示输入电流谐波分量大,将造成输入电流波形畸变,对电网造成污染,严重的话,对三相四线制供电还会造成中线电位偏移,导致用电设备损坏。
图2-4峰值电流控制模式PFC电路原理图
图2-5峰值法控制时电感电流波形图
峰值电流控制法来实现BOOST型PFC电路时的最主要问题是:被控制量是电感电流的峰值,因此并不能保证电感电流(即输入电流)平均值和输入电压完全成正比,并且在一定条件下会有相当大的误差,以至无法满足 很小的要求。另外,峰值电流对噪声也很敏感。因此在PFC电路中,这种控制方法已经逐渐趋于淘汰。
课程设计任务书
学生姓名:专业班级:
指导教师:工作单位:
题 目:功率因数校正电路设计
初始条件:
输入交流电源:单相220V,频率50Hz。
要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)
1、基于CCM-BOOST方式实现功率因数校正。
2、输出直流电压:400V。
3、输出功率250W。
图2-7滞环控制时电感电流波形图
2.3.3
平均电流控制模式PFC电路原理图2-8所示,平均电流控制在功率因数校正中应用最为广泛,其输入电感电流波形如图2-9所示。它把输入整流电压和输出电压误差放大信号的乘积作为基准电流,并且电流环调节输入电流平均值,使其与输入整流电压同相位,并接近正弦波形。输入电流被直接检测,与基准电流比较后,其高频分量的变化,通过电流误差放大器被平均化处理。放大后的平均电流误差与锯齿波斜坡比较后,给开关管驱动信号,并决定了其应有的占空比,于是电流误差被迅速而精确地校正。
3.1.2
UC3854管脚图如图3-1所示。
图3-1 UC3854管脚图
1)Gnd:信号地,参考基准电压。实际应用中,Vcc与REF和该段之间接旁路电容,由于该段还与振荡器定时电容相连构成放电回路,因此该端与定时电容间引线尽量短。
2)PKLMT:峰值电流限幅信号输入端。为电源限幅比较器的反相输入端,通过电阻分压器与电流检测电阻相连,阀值电压为0,电阻分压器位于该端与9脚之间的电阻相当于补偿电阻,能够使负的电流检测信号的升至地电平。
电感电流的检测信号需要和两个基准电流环信号相比较来产生对功率开关管的控制信号,其控制步骤为:
1功率管s导通,电感充电时,电感电流的检测信号和上限基准电流环信号相比较,当电感电流上升到上限基准信号值时,触发逻辑控制部分使功率管S关断,电感开始放电;
2电感电流下降到下限基准信号值时,触发逻辑控制部分使功率管S导通,电感L重新充电。这种控制模式下,功率管的导通时间是恒定的,而关断时间是变化的,因此功率管的开关周期是变化的。图2-7中实线为电感电流 , 为上限电流基准, 为下限电流基准。电流滞环的宽带度决定了电流纹波的大小,它可以是固定值,也可以与瞬时平均电流成比例。
无源功率因数校正技术是通过在二极管电路中增加电感、电容等无源元件和二极管元件,对电路中的脉冲进行抑制,以降低谐波分量,提高功率因数。这种方法简单可靠但增加的无源元件一般体积较大,成本高,功率因数也只能校正到0.8左右,难以满足要求。
有源功率校正技术采用全控器件构成的开关电路对输入电流的波形进行控制,使之成为与电源电压同相的正弦波,总谐波含量可以降到5%以下,而功率因数能高达0.995,彻底解决整流电路的谐波污染和功率因素低的问题。
图2-3典型的BOOST型单级PFC AC-DC变换器
其基本原理为开关在一个周期内按一定的占空比导通,开关导通时,输入电源给通过开关给升压电路中的电感L1储能,同时中间直流电容C1通过开关给反激变压器储能,在开关关断期间,输入电源与L1一起给C1充电,反激变压器同时向二次侧路释放能量。开关的占空比由输出电压调节器决定。在输入电压及负载一定的情况下,中间直流侧电容电压在工作过程中基本保持不变,开关的占空比也基本不变。输入功率中的100HZ波动由中间直流电容进行平滑滤波。单级PFC变换器减少了主电路开关的数量,但元件的额定值都比较高,所以单级PFC变换器仅在小功率时整个装置的成本和体积才占优势,对于大功率场合,两级PFC变换器比较合适。单级PFC变换器的输入电流畸变率明显高于两级PFC变换器,特别是仅采用输出电压控制闭环的BOOST型变换器。