高功率因数电源改进

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1、高功率因数电源——PFCXX、XXX、XXX武汉纺织大学创新实验室2011年7月㈠、题目设计要求（详细设计参考请参见18~38面）一、任务设计并制作一台具有功率因数校正环节(PFC)的整流电源，要求输出直流电压Uo为36V，最大负载电流为2A，负载为电阻性负载，其电路原理框图如图1所示。二、要求1、基本要求（1）当电压U2为(15～19)V，负载电流IO为(0.5～2)A时，要求输出电压UO稳定在36V，其误差的绝对值小于5%。（2）变压器副边电流I2的波形应为正弦波，失真度小于5%。（3）电路功率因数大于0.95（在变压器副边测量）。（4

2、）输出电路具有过流保护功能(输出电流Io达2.5A时自动保护)。2、发挥部分（1）设计制作检测输出电压和输出电流的测量电路，其测量误差绝对值小于2%。（2）当U2电压为18V，负载电流为(0.5～2)A时，能对输出电压UO在(30～36)V范围内设定，其测量误差的绝对值小于2%。（3）设计制作功率因数测量电路，其测量误差的绝对值小于2%。（4）其他。三、说明1、至少使用2片TI芯片，推荐采用TI公司PFC控制芯片UCC28019。2、功率因数说明：在假设变压器副边电压U2为标准正弦波条件下，功率因数的计算公式为：式中：U2、I2分别为变压器副

3、边的电压、电流有效值，I21为I2中的基波分量,1为U2和I21之间的相位差。考虑到本题电路的特点，为计算简单，可以用U2、I2之间相位差的余弦cos作为功率因数。3、在隔离变压器前用自耦变压器调整输入电压，用滑线变阻器模拟负载。4、为测试方便，在制作电路时，留出U2、I2、UO、IO的测试点。5、调试时，要防止输出端开路或短路。6、设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。㈡、高功率因数电源产生的背景传统的AC-DC变换由交流电网经整流电路采用电容滤波获得直

4、流电压，这种变换电路主要缺点有：（a）、输入交流电压是正弦波，但输入的交流电流是脉冲电流，波形严重畸变，干扰电网电压，产生向四周辐射和沿导线传播的电磁干扰；（b）、为了得到可调的直流电压，采用晶闸管可控整流电路，但脉动很大，需要很大的滤波器才能得到平稳的直流电压。此外交流电流中含有大量的谐波电流，使电网中电流波形严重畸变，电源的输入功率因数低，利用效率下降。㈢、提高功率因数的措施（1）、附加无源滤波器。在整流器和滤波电容之间接入一个滤波电感Lz，增加输入端交流电流的导电宽度，减缓电流冲击，减小波形畸变，从而减小电流的谐波成分。（2）、有源PF

5、C有源功率因数校正简称APFC，主要控制输入电流呈正弦波变化，且与输入电压之间的相位差尽可能接近为0，即功率因数接近为1。按照输入电流的控制，有源功率因数校正有以下几种方法：(a)平均电流型：工作频率固定，输入电流连续（CCM），该控制方式的优点有：（1）恒频控制。（2）工作在电感电流连续状态，开关管电流有效值小、EMI滤波器体积小。（3）能抑制开关噪声。（4）输入电流波形失真小。（b)滞后电流型：工作频率可变，电流达到滞后带内发生功率开关通与断操作，使输入电流上升、下降。电流波形平均值取决于电感输入电流。(c)峰值电流型：工作频率变化，电流

6、不连续（DCM）。(d)电压控制型：工作频率固定，电流不连续。㈣、方案选取无源功率因数校正电路一般最高只能达到0.9的功率因数，无法满足题目基本部分0.95的功率因数的要求，故我们选择有源PFC。有源PFC集成控制芯片有很多种，比如像UC3854、UC3855、UCC28019.由于UCC28019外围电路简单，调试方便，方案已经相当成熟，故我们采用该方案。㈤、电路参数设计UCC28019控制电路原理图Boost主电路原理图1.主回路器件的选择及参数计算：主电路采用Boost主电路结构；交流220V输入，经过EMI滤波，隔离变压器选择250W

7、、18V输出的隔离变压器；R1和R4电阻分压检测交流输入电压U2，Rs2取样电阻检测输入电流I20，阻值取0.1欧，输入电流接近7A；整流桥采用15A金属封装的整流桥；R2和R5电阻分压检测整流桥的输出电压；Rs3取样电阻检测电感中的流过的电流，阻值取0.04欧；R3和R6分压检测输出电压；RL1为电阻可变负载；Rs1取样电阻检测输出电流，阻值取0.05欧。开关管要求工作在65KHz，在系统中取IRFP460,最大反向电压可到500V，最大电流20A，导通电阻小，开关管上升时间为120ns.可满足题目要求。D1二极管主要的功能是使系统快速启动

8、，系统中采用FR307，快恢复二极管D2取1个MUR3060双管并联使用，需要加散热装置。2.PFC控制电路设计与参数计算：PFC控制电路采用TI公司的专用PFC芯