BOOST单级功率因数校正电路设计

论文总字数：13812字

摘 要

开关电源等电力电子装置在电力系统、工业、家庭等方面得到广泛使用，在造福人类的同时也产生了不可忽视的谐波问题。为了对电流脉冲的幅度进行抑制，让开关电源输入电流谐波达到要求，由此引进了功率因数校正技术。本文首先介绍了几种一般的应用于有源功率因数校正的主电路拓扑，并详细阐述了相关的控制策略，分析了基本无桥PFC功率因数校正电路的原理，进而提出了一种基于平均电流控制芯片UC3854的改进型无桥功率因数校正变换器。最后通过对参数的选取实现对BOOST电感的计算、输出滤波电容的计算、最大输入功率和输入电流的计算以及输入电容及开关器件的选型设计了主电路，并采用UC3854芯片设计了控制电路，采用TLP250芯片设计了驱动电路，采用一个采样电阻设计了采样电路，保护电路采用常见的限压限流方式，实现了电路的设计。

关键词：无桥PFC, 功率因数校正, 升压电路, 平均电流控制

Abstract: Switching power supply and other power electronic devices are widely used in power systems, industrial, household, etc., in the benefit of mankind and also produced a harmonic problems can not be ignored. In order to suppress the amplitude of the current pulse, so that the switching power supply input current harmonics meet the requirement, thus the introduction of the power factor correction technology. This paper describes several general applied to an active power factor correction main circuit topology and elaborated on the relevant control strategies, analyzes the basic bridgeless PFC power factor correction circuit theory, and then proposed based on the average current improved control chip UC3854 bridgeless PFC converter. Finally, the selection of parameters for the calculation BOOST inductance calculations, the calculation of the output filter capacitor, the maximum input power and the input current and the selection of the input capacitance and switching devices designed main circuit and control circuit is designed using UC3854, using TLP250 drive circuit chip design, using a sampling resistor designed sampling circuit protection circuit uses a common limited pressure limiting way to achieve the design of the circuit.

Keywords: Bridgeless PFC, power factor correction, boost circuit, average current control

目录

1 绪论 4

2功率因数校正 4

2.1 功率因数的定义 5

2.2功率因数校正技术的发展及分类 5

3功率因数校正主电路的拓扑及控制策略分析 7

3.1 PFC主电路拓扑 7

3.2常见的APFC电路的控制策略分析 8

4 BOOST PFC电路原理分析 9

4.1基本的无桥BOOST PFC的工作原理 9

4.2改进型无桥BOOST PFC的工作原理 11

5改进型BOOST PFC电路设计 13

5.1主电路设计 13

5.2控制芯片UC3854 16

5.3驱动电路设计 18

5.4采样电路设计 19

5.5保护电路设计 20

结语 21

参考文献 22

致谢 23

1 绪论

20世纪80年代以来，随着电力电子技术的快速发展，各种电力电子装置在工业、电力系统、交通、家庭等众多领域中应用广泛，由此带来的无功（Reactive power）和谐波（Harmonics）^[4]问题日益严重。

1． 无功功率对电网的不利影响

（1）无功功率会导致视在功率增加，导致设备容量增加。

（2）无功功率增加，会使线路总电流增大，从而使设备和线路损耗增加。

（3）无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。

2． 谐波对电网的危害

（1）谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电、用电设备的效率，大量的三次谐波电流流过中线会使线路过热，严重的会发生火灾。

（2）谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等过热、使设备绝缘老化、寿命缩短以至损坏。

（3）谐波会引起电网局部出现串联谐振和并联谐振，谐振作用会使谐波放大，使上述（1）和（2）两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。

（4）谐波会导致自动装置和继电保护误动作，并使电气测量仪表计量不准确。

（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统不能正常工作。

由于公用电网中的谐波电压和谐波电流对用电设备与电网本身都会造成很大的危害，由权威机构制定限制谐波的规定，或世界许多国家发布了限制电网谐波的国家标准。这些规定和标准的基本原则是限制谐波源注入电网的谐波电流，把电网谐波电压和谐波电流限制在允许范围内，使接在电网中的电气设备能正常工作。

伴随着电力电子技术的飞速发展，电力电子产品也面临严重挑战，为了突破技术的缺陷，在市场获得竞争力，同样也需要谐波抑制和功率因数校正方案。

为了对电流脉冲的幅度进行抑制，让开关电源输入电流谐波达到要求（使电流波形尽量接近正弦波），必须要加入功率因数校正（PFC）。

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