基于UC3855软开关PFC变换电路设计

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1、序号：23电气控制系统课程设计(论文)题目：基于UC3855A软开关功率因数校正电路设计指导老师：荣军院系：信息与通信工程学院专业：自动化班级：08自动化学生姓名:学号:140821014272011.12.16241.引言本设计的目的在于实现软开关的功率因数校正（PFC），功率因数校正控制芯片UC3855的校正原理及应用电路的设计，各个参数的计算。掌握Matlab的电力电子仿真。2.方案的实现与论证2.1软开关简介通过在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠

2、，降低它们的变化率，从而减小甚至消除开关损耗。同时谐振过程限制了开关过程中电压和电流的变化率，使得开关噪声也显著减小，这样的电路被称为软开关电路，开关过程被称为软开关。其工作过程如图1所示，显然，由于电压电流没有重叠过程，因而不会消耗功率。图1软开关工作过程使开关开通前其两端电压为零，则开关开通时就不会产生耗损和噪声，这种开通方式称为零电压开通。是开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生耗损和噪声，这种关断方式称为零电流关断。与开关并联的电容能使开关关断后电压上升延缓，降低关断损耗，称为零电压关断；与开关串联的电感能使开

3、关开通后电流上升延缓，降低开通损耗，称为零电流开通，但是利用并联电容实现零电压关断和利用串联电感实现零电流开通一般会造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，因而没有实际应用价值[1]。因此通常情况下零电压开关是指零电压开通，零电流开关是指零电流关断。软开关电路分成准振谐电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。各种电路的具体分析过程可参考文献[1,2]。242.2功率因数校正（PowerFactorCorrection，PFC）设计1.2.1PFC原简介PFC是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源

4、的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。PFC电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(ElectroMagneticInterference，EMI)和电磁兼容(ElectroMagneticCompatibility，EMC)问题。随着电子技术的发展，各种办公自动化设备、家用电器、计算机等大量使用，这些设备内部都需要一个将市电转化为直流的电源部分，在转换过程中由于一些非线性元件的存在，导致输入电流、电压虽然是正弦波形的，但输入的交流电流却严重畸变，包含大量谐波，不但降低了输入电路功率因数

5、，也会对公共电力系统产生污染[3]。近年来开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域，可以说开关电源是电网最主要的谐波源之一。多数开关电源是通过整流器与电力网相接的，经典的整流器是二级管或晶闸管组成的一个非线性电路，会在电网中产生大量电流谐波和无用功功率而污染电网，使功率因素降低，一般仅为0.45~0.75，且其无功分量基本上为高

6、次谐波。为此许多国家制定了技术标准，限制用电电气设备产生的最大谐波电流。可见消除谐波电流提高功率因数意义重大。在整流输出电路后面采用功率因素校正能有效解决上述问题，实现各种电源装置网侧电流正弦化，使功率因素接近于1，并且极大地减少谐波电流，消除无功损耗。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差（称为相位角φ），另一个是电流或电压的波形失真。由于常规整流装置使用非线性器件（如晶体管、二极管等），整流器件的导通角小于180°，从而产生大量谐波电流，而谐波电流不做功，只有基波电流成分做功，因此功率因素主要受相

7、位角φ影响。对于相控整流电路，提高功率因数的措施，一般是在负载端添加一个性质相反的电抗元件，如电网呈电感性，通常采用电容补偿法，最简单的方法就是在电感性负载的两端并联电容器。对于开关整流电路，不良功率因数主要源于电流波形的畸变，需要在电路整流后加入功率因数校正变换电路。常规的开关电源都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC转换的,如图2所示。由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在A

8、C线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。也就是说，在AC线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通。虽然AC输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC输入电流却呈高幅值的尖峰脉