摘 要

电力电子技术的蓬勃发展给工业生产、社会生活都带来了新变化，这些变化大体是有益的，但在益处中往往也伴随着一些问题，比如谐波污染问题。谐波污染对电网和用电设备有很大的不利影响，因此从上个世纪开始，人们就一直在研究解决的方法。

在这样的背景下，功率因数校正技术（Power Factor Correction-PFC）诞生了，运用PFC技术可以有效的改善谐波，提升功率因数，最大程度避免电能的浪费和保护电路。经过多年的发展，功率因数校正技术发展有无源校正和有源校正技术，无缘功率因数校正技术控制简单、成本低廉，但相对效果没那么理想；有源功率因数校正技术（APFC）虽然控制复杂些，但效果非常出色，适应于多种场合，且能将功率因数校正至接近于1。

本次的设计目的，即是对有源功率因数校正技术的一次实际应用。而在设计前，先对APFC技术做一介绍，掌握其原理，包括BOOST电路拓扑的说明，和介绍经典的三种控制方式：电流峰值控制、电流滞环控制、平均电流控制。

本文使用UC3854芯片，用平均电流控制方式设计了2kw功率因数校正装置，并进行了仿真分析，总体较好的完成了设计，达到了预期指标。

关键词：谐波污染；有源功率因数校正；平均电流控制；UC3854

Abstract

The vigorous development of power electronics technology has brought new changes to industrial production and social life. These changes are generally beneficial, but some problems are often accompanied by the benefits, such as harmonic pollution. Harmonic pollution has great adverse effects on power grid and electrical equipment. Therefore, people have been studying and solving methods since the beginning of last century.

In this context, the power factor correction (Power Factor Correction-PFC) technology is born. The use of PFC technology can effectively improve the harmonics, improve the power factor, avoid the waste of electric energy and protect the circuit to the maximum extent. After years of development, the technology of power factor correction has passive and active correction techniques. The technology of non marginal power factor correction is simple and low in cost, but the relative effect is not so ideal. Although the active power factor correction (APFC) technique is complicated, the effect is very good and adapts to a variety of occasions. And the power factor can be corrected to close to 1.

The purpose of this design is a practical application of active power factor correction technology. Before the design, we first introduce the APFC technology, grasp its principle, including the description of the BOOST circuit topology, and introduce three classical control methods: current peak control, current hysteresis control, and average current control.

In this paper, using UC3854 chip, the 2kW power factor correction device is designed by means of average current control, and the simulation analysis is carried out. The overall design is completed well, and the expected index is reached.

Keywords: Harmonic pollution；Active power factor correction；Average current control； UC3854

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和目的 1

1.2 功率因数校正发展状况 2

1.3 本次设计研究内容 2

第2章 功率因数校正原理 4

2.1 功率因数及谐波概念介绍 4

2.2 功率因数校正 5

2.2.1 无源功率因数校正 5

2.2.2 有源功率因数校正 7

2.3 APFC的典型控制方法 8

2.3.1 峰值电流型控制 9

2.3.2 电流滞环控制 10

2.3.3 平均电流型控制 11

第3章 功率因数校正电路设计 13

3.1 有源功率因数校正的集成控制芯片UC3854 13

3.2 基于UC3854的APFC电路设计 14

3.2.1 主电路参数设计 15

3.2.2 控制电路参数的确定 16

第4章 仿真分析 19

4.1 APFC仿真模型构建 19

4.2 仿真结果与分析 19

第5章 结论与展望 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景和目的

现代电力电子器件的发展极大地促进了工业生产和社会生活的进步，但同时也带来了一些问题。电力电子设备中使用的大多数整流器电路现在是由二极管组成的不可控制和电容性整流器电路。该电路结构简单，成本低，可靠性高，但输入电流失真，产生大量谐波，功率因数大大降低，一般在0.5~0.7之间。目前，电力系统中使用的大量整流电路不仅增加了功率损耗，而且还对电网造成各种危害：

（1）谐波污染可能会引起系统的一些异常：首先，在超高压长线上，如果谐波电流较大，存在大量高次谐波，则会使埋弧熄灭延迟，继电保护装置单相重合闸可能失效，将导致事故的扩大。第二，当谐波分量过大时，它可能导致误操作或拒绝保护。例如，如果零序的三次谐波过大，则可能导致接地保护误操作。第三，可能导致测量误差，特别是对于过零检测相位计，甚至更为严重。

（2）谐波导致设备的附加损耗，降低了效率。特别是电容器组的影响，随着频率的增加，介质损耗将显著增加；对于传输线而言，由于高次谐波频率和趋肤效应，线路电阻将增加，导致附着的线损；在同一时间内，在同一时间内，导线的损耗会增加。我变压器和电机等，会造成一些额外的铜和铁损失，导致局部过热。

（3）加速绝缘老化，大大缩短了设备的使用寿命。在谐波的作用下，绝缘装置老化加剧，对设备，尤其是对电缆和电容器有很大的危害。

（4）可能出现局部串联或并联谐振，谐振的存在会放大谐波电平。结果，导致谐波支路中的设备由于过电压或过电流而损坏。

（5）谐波会干扰通信系统。如果谐波频率接近载波频率，则会对通信设备的信号接受发生混淆，在一定程度上干扰电力线载波通信和远动设备信号传输。此外，电磁、静电和耦合路径也会干扰平行铺设的通信线路。

针对高次谐波危害，我国国家技术监督局早在1993年就颁布了GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》，以期限制谐波的泛滥。国际社会也对此做出了不少对策，国际电工委员会（IEC）在1998年制定了IEC61000-3-2标准，欧美各国严格按照一定的标准限制着谐波的产生。 这一系列的要求迫使人们不停的寻求减少谐波的办法，功率因数校正技术由此应运而生了。

1.2 功率因数校正发展状况

上世纪80年代，有源功率因数校正技术诞生，不久，随着国际社会对谐波含量标准的确立，对PFC技术提出新要求，功率因数校正技术进入大发展阶段，PFC技术的理论日趋完善，校正技术与软开关技术相结合，进一步提高了PFC电路的性能。

PFC技术自上个世纪七八十年代发展至今，已有多个方向，具备完备的体系，成为开关电源研究中的一个重要模块。大体上分为无源校正和有源校正，无源功率因数校正相对简单，存在时间长，发展久，但因为在很多场合的不适用，并且跟不上越来越严格的要求，所以发展出的内容并不丰富。无源功率因数校正的机理是用无源器件，如一些电感电容，来改变提高整流电路的导通角来减少高次谐波，达到功率因数校正的目的。在本文的第二章节原理介绍当中，对无源校正的简单电路拓扑有一定的介绍，介绍了三种，分别是带纯电感的PFC电路、带LC的PFC电路和π型的PFC电路。

有源功率因数校正具备丰富的内容，在短暂的学习当中，也只能对它有一些简单的认知。当前有源校正的电路拓扑主要是有升压型、降压型、升降压型，最主流最好用的是升压电路拓扑。有源校正的控制方式是现在研究的一个重点，经典的应用有电流峰值控制、电流滞环控制、平均电流控制等，这三种控制应用较广，发展成熟，且有不错的功率因数校正成效。随着计算机技术的快速发展带动功率因数校正技术在控制领域也有了更丰富多彩的内容，单周期控制就是其一，也是近些年发展态势非常好的一项技术。除此之外，还有软开关技术，该技术是对传统技术的一种改进，可以很好的克服硬开关开关损耗大、关断时尖峰电压高的缺点。

1.3 本次设计研究内容

本次任务内容是设计一个2kw的PFC装置，并对功率因数校正提出一定要求，如要达到99%的校正，除此之外，明确提出了使用BOOST电路达成设计。

针对于这些指标，选定平均电流控制方式来实现任务，平均电流控制的校正精度较高，有较为成熟，不似单周期控制那样的运用较复杂的控制理论，且结果证明，使用UC3854的平均电流控制确实达成了目标。

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