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1、11BOOST电路 功率因素校正（ PFC） 基于 Boost电路的 PFC变换器及其控制方法 PFC典型芯片 UC3854介绍 基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例2功率因素校正 -谐波的危害3功率因素校正 -谐波的危害 传统的 AC-DC变换器和开关电源，其输入电路普遍采用了全桥二极管整流，输出端直接接到大电容滤波器。 虽然不可控整流器电路简单可靠，但它们产生高峰值电流，使输入端电流波形发生畸变，使交流电网一侧的功率因素下降到0.50.65， 无功损耗过大 。因此我们必须引入功率因素较正s14功率因数和功率因数校正coscoscos11rms1rms=rmsrmsrmsrmsIII
2、VIVPPPF 视在有功 功率因数的定义 功率因数校正的任务 正弦化，使电流失真因数 同相位，使相移因数1=1cos 5功率因素校正（ PFC）功率因素校正 PFC是十几年电源技术进步的重大领域，它的基本原理是： 是电源输入电流实现正弦波，正弦化就是要使其谐波为零， 电流失真因数 保证电流相位与输入电压保持同相位，两波形同相位，相移因数 最终实现功率因素 PF=1的设计工作目标cos 1 =1 =s2s36功率因素校正（ PFC） 两种主要的功率因素校正的方法1) 无源 PFC技术2) 有源 PFC技术幻灯片 3s1 可以不要，自己讲soul, 2007.05.01幻灯片 5s2 可以自己讲s
3、oul, 2007.05.01s3 soul, 2007.05.0127功率因素校正（ PFC） 单管功率因素校正变换器的概念只用一个主开关管，可使功率因数校正到 0.8以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级 PFC变换器。8功率因素校正（ PFC）单管功率因素校正变换器的电路类型 Buck Boost Boost-Buck Zeta Cuk Sepic9BOOST电路 功率因素校正（ PFC） 基于 Boost电路的 PFC变换器及其控制方法 PFC典型芯片 UC3854介绍 基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例10功率因素校正（ PFC） 基于 Boost电路的 PF
4、C变换器的提出 Boost用于 PFC的优势1.Boost可工作在三种模态 CCM,BCM,DCM2.储能电感又是滤波器，可抑制电磁干扰 EMI 和射频干扰 RFI 电流波形失真小3.输出功率大4.共源极可简化驱动电路等优点11基于 Boost电路的 PFC变换器及其控制方法 -概述 CCM DCM BCM12基于 Boost电路的 PFC变换器及其控制方法 CCM概述通常情况下，电感电流连续时的控制电路都需要有一个模拟乘法器和电流检测环路，与输出电压的反馈信号一起调制功率开关管的控制信号，其中模拟乘法器的精度将影响 PF值和输入电流谐波含量 THD。示意图图 下，313PFC控制方法 CCM
5、-Average Current Control2. 平均电流控制平均电流控制的原理框图入下14PFC控制方法 CCM-Average Current Control15PFC控制方法 CCM-Average Current Control 平均电流控制的优点 电流环有较高的增益带宽 跟踪误差小 瞬态特性较好 THD(5%)和 EMI小 对噪声不敏感 开关频率固定适用于大功率应用场合，是目前 PFC中应用最多的一种控制方式。16BOOST电路 功率因素校正（ PFC） 基于 Boost电路的 PFC变换器及其控制方法 PFC典型芯片 UC3854介绍 基于 Boost电路的 PFC变换器设计实
6、例17PFC典型芯片 UC3854介绍 概述 各引脚功能 构成 内部结构 性能 设计特点 极限工作条件 功率级应用范围18PFC典型芯片 UC3854介绍 -概述 1994年底 UC公司推出了 UC3854。 随着 Unitrode， Motorola， Silicon， Siemens等公司相继推出了各种有源功率因数校正芯片，如UC3852、 UC3854,3854AB、 UC3855、MC34261、 ML4812、 ML4821、 TDA4814等 ,单相有源功率因数校正技术发展很快。419PFC典型芯片 UC3854介绍 -概述 UC3854为电源提供有源功率因素校正，它能按正弦的电网
7、电压来牵制非正弦的电流变化，该器件能最佳的利用供电电流使电网电流失真减到最小，执行所有 PFC的功能20PFC典型芯片 UC3854介绍 -概述21PFC典型芯片 UC3854介绍 -各引脚功能UC3854各引脚功能 引脚 1(Gnd)：所有的电压测量都以 Gnd脚的地电平为参考基准 . 引脚 2(PKLMT):峰值电流限制脚 . 引脚 3(CA Out):电流误差放大器输出脚 . 引脚 4(Isense):电流误差放大器反向输入端 引脚 5(Mult Out):乘法器输出端和电流误差放大器正向输入端 . 引脚 6(Iac):交流电流输入端 . 引脚 7(VA Out):电压放大器输出 . 引
8、脚 8(Vrms):电网电压有效值端 .22PFC典型芯片 UC3854介绍 -各引脚功能 引脚 9(Vref):电压基准输出端 . 引脚 10(ENA):使能控制端 . 引脚 11(Vsense):电压放大器的反向输入端 . 引脚 12(Rset):振荡器充电电流和乘法器电流限制设置端 引脚 13(SS):软启动端 . 引脚 14(Ct):振荡器电容器设置端 . 引脚 15(Vcc):正极性电源电压 . 引脚 16(GT Drv):栅极驱动 .23PFC典型芯片 UC3854介绍 -构成UC3854的主要构成 电压误差放大器 电网预置器（前馈电压） 模拟乘法器 电流误差放大器 三角波振荡器
9、PWM比较器 RS触发器 与 MOSFET兼容的栅极驱动器 7.5V参考电压 欠压比较器 过流比较器 软启动逻辑24PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构电压误差放大器525PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构电网预置器（前馈电压 ）26PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构模拟乘法器27PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构电流误差放大器28PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构PWM比较器29PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构三角波振荡器30PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构RS触发器631PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构与
10、MOSFET兼容的栅极驱动器32PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构7.5V的参考电压33PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构欠压比较器34PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构过流比较器35PFC典型芯片 UC3854介绍 -内部结构软启动逻辑36PFC典型芯片 UC3854介绍 -性能 UC3854的主要性能为： 适用于 Boost型电路 适用于 CCM工作模式 平均电流控制 开关频率恒定，最高为 200kHz 最大占空比为 95%， 单信号输出 输出驱动电压 14.5V，输出驱动电流 1A 软起动 输入电源欠压保护 输出过载保护功能737PFC典型芯片 UC3854
11、介绍 -设计特点UC3854的设计特点1） 控制功率因素达到 0.992） 限制电网电流失真 5%3） 适用于全球电网电压（ 80270AC)4） 前馈电网电压调节、低噪声、高灵敏度5） 平均电流模式控制6） 低启动电源电流，精密电压基准7） 固定频率脉宽调制 (PWM)8） 低失调模拟乘法器9) 1A栅极驱动器38PFC典型芯片 UC3854介绍 -工作条件 UC3854的极限工作条件1）电源电压 Vcc:35V2）栅极驱动：连续状态下为 0.5A,50%占空比下为 1.5A3）输入电压 、 :11V，、 ： 11V，PKLMT:5V4）输入电流、 、 、 PKLMT和 ENA:10mA5）
12、功率损耗： 1W6）贮存温度范围： -65+1507）引线温度（焊锡）： +300 8）注意：所有的电压值均以地为参考（脚 1）；所有的电流都按正极性流入规定端点； ENA输入钳位在约 14VSENSEVRMSVSENSEIMult OutACISETR39PFC典型芯片 UC3854介绍 -功率级的应用范围 升压型 PFC功率因素校正器的 控制电路 ，几乎不随变换器的功率大小而变。一般 500W的 PFC与一个 50W的 PFC控制电路基本相同，不同之处仅在功率电路，但 控制电路 设计步骤基本相同。40BOOST电路 功率因素校正（ PFC） 基于 Boost电路的 PFC变换器及其控制方法
13、 PFC典型芯片 UC3854介绍 基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例41基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例42基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例1.设计指标 输入电压： 80VAC270VAC 输入频率： 45Hz65Hz 输出直流电压： 400VDC 输出功率： 250W 功率因数： 98% 输入电流 THD: 5%843基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例2.开关频率通常开关频率可以任意选择，但必须够高，使功率电路小型化、减少失真并保持高的变换效率。在多数应用中， 20300kHz的开关频率范围是可接受的折中方案。作为体积和效率的折中，本例采用 10
14、0kHz的开关频率。此外，电感值要合理的取小一些，使畸变尖峰保持在最小范围内，电感的体积也尽可能的小，由二极管引起的损耗不能过大。44基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例电感设计电感的选择45基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例3.电感的选择电感值决定了，输入端高频纹波电流总量，可按给出的纹波电流值 I来选择电感值。电感值的确定从输入正弦电流的峰值开始，而最大的峰值电流出现在最小电网电压的峰值处：由上式可知，在此范例中，功率为 250W,最小电网电压为 80V，此时最大峰值电流为 4.42A.46基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例3.电感的选择电感中的峰 -峰值纹波电
15、流，通常选择在最大峰值电流的 20%左右，在此例中 ,最大峰值电流为 4.42A,故峰 -峰值纹波电流取 I =900mA.电感值根据最低输入电压时半个正弦波顶部的峰点的电流来选择，此时Vin=1.414 80=113.12V, fs=100kHz根据此处电压和和开关频率的占空比来选择 ：由上式可得 L=0.89mH,取整为 1mH.47基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例电容设计输出电容的选择48基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例4.输出电容涉及输出电容的选择因素有开关频率纹波电流、 2次纹波电流、直流输出电压、输出纹波电压和维持时间。流过输出电容的总电流，是开关频率的纹波电流的有效值和线路电流的 2次谐波，通常选择大电解电容作为输出电容，其等效串联电阻（ ESR）随频率的变化而变化（低频时一般很大）。通常电容所能控制的电流总量还取决于温升。温升的确切值一般不用计算出，只要计算出由于高频纹波电流和低频纹波电流所引起的温升之和就够了。电容的 datasheet会提供必要的 ESR和温升值。949基于 Boost电路的 PFC变换器设计实例4.输出电容在此例中，电
