基于BOOST电路的有源功率因数校正设计.pdf

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1、基于BOOST电路的有源功率因数校正设计姓名：陈伟学号：1100319067指导老师：陈德容1.前言1.1电源简介稳压电源可分为两类，一是线性稳压电源，二是开关稳压电源。线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低，反应速度快，输出纹波较小，工作产生的噪声低，但效率较低，发热较大，间接的给系统增加热噪声。开关电源是相对线性电源，它直接将交流电流整流变成直流电，再在高频振荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感的帮助下，输出稳定低压直流电。由于变压器的磁芯大小与其工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小，这样就可以大大

2、减小变压器的体积和重量。这种方式还有许多优点：一是稳压范围宽，在一定范围内的输出电压与输入电压无关，电源可以在85V～265V输入电压下，输出较为稳定的电压值；二是效率高，由于采用开关震荡方式，热损耗减小许多，发热低；三是结构简单，相对于其他相同功率的电源，开关电源的体积和重量减小很多。因此，在众多的电子设备中，开关电源的使用已经相当的普遍。当然，其也有某些缺点存在：电路复杂，维修困难，对电路的污染较为严重，电源噪声交单，不适合用于某些低噪声电路。1.2发展前景目前，国外的高功率开关电源技术的研制技术已较为成熟，并且主要应用于工业和军事上；近年来，国内的小功率开关电源技术发展较为迅猛

3、，基本能够满足工业生产和军事发展的需要。在今后的发展过程中，开关电源会在更多的领域发挥其优良的作用，有着广大的发展前景。1.3PFCPFC的英文全称为“PowerFactorCorrection”，意思是“功率因数校正”。功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。比如计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。实测表明，对于未采取PFC措施的电子镇流器，仅三次谐波就达60

4、％（以基波为100％），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

5、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

6、）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

7、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(ValleyFillCircuit)”。“电感补偿方法”是使交流输入